Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Как сделать теплоаккумулятор: Как сделать теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками

Содержание

Теплоаккумулятор (буферная емкость) своими руками

Теплоаккумулятор содержит большой объем воды (теплоносителя), поэтому может накапливать тепловую энергиюЮ и отдавать ее, когда котел не работает. Это позволяет значительно реже подходить к твердотопливному котлу, фактически раз в двое суток в межсезонье, если котел мощный и дом утепленный, а также дает возможность использовать по максимуму на благо отопления дешевый ночной тариф электроэнергии.

Идея установить буферную емкость (теплоаккумулятор) выглядит блестящей для всех умученных дежурством у котлов, но разбивается о ценник на теплоаккумуляторы. Оказывается, что увеличить комфорт не слишком то и дешево. Но может получится сделать теплоаккумулятор своими руками? Ведь на первый взгляд ничего сложного…

 

Как можно сделать теплоаккумулятор

Заводская конструкция теплоаккумулятора, как правило, – бочка, круглая в сечении. Объм обычно в пределах 500 – 2000 литров. Диаметр – до метра, высота до 2,5 метров. Размещается на ножках, с множеством вваренных штуцеров. Может содержать в себе 1 или 2 или больше спиральных теплообмеников, для подсоединения независимых контуров, например, солнечного коллектора, нагрева проточной воды…

Емкость утеплена слоем теплоизоляции, чтобы не перегревать воздух в котельной. В фирменных теплоаккумуляторах внутри организована сложное распределение потоков… Можно взглянуть на рекламу Buderus на видео…

 

Основа конструирования буферной емкости – как должны направляться потоки

Чтобы создать правильное направление потоков, подключение к буферной емкости выполняются следующим образом.

  • Подача с котла – в верхней части.
  • Подача из емкости на радиаторы – в верхней части, на уровне подачи котла
  • Обратка с радиаторов – в нижней части.
  • Обратка на котел – в нижней части, чуть ниже обратки с радиаторов.

При этом жидкость в теплоаккумуляторе обязательно должна двигаться сверху вниз, по кольцу контура котла, а также — от котла к радиаторам.

Отследить направление движения жидкости можно по температурным датчикам — обратка котла должна быть теплее, чем обратка радиаторов.

Важно соблюсти принцип:  – расход теплоносителя в контуре котла должен превышать расход в радиаторах, только тогда теплоаккумулятор сможет нормально работать. Это обычно обеспечивается большим гидравлическим сопротивлением контура потребителей, при одинаковых насосах.

Радиаторы получат горячий теплоноситель сразу, как он появится внутри теплоаккумулятора, забирая его своим насосом с верхней части, что обеспечивает оперативность управления всем отоплением и реагирование на суточные перепады температур.

Важнейший вопрос при установке теплоаккумулятора – защита котла от холодной обратки, выполняется обязательно, например с помощью трехходового клапана.

 

Основы конструирования буферной емкости

Гораздо предпочтительнее использовать большую готовую бочку или трубу, тогда будет намного меньше сварных швов, чем в самодельной прямоугольной конструкции.

  • Ввариваются патрубки 3/4 дюйма для подключения контуров. Но контур твердотопливного котла, для реализации аварийного самотечного циркулирования, желательно создавать не менее 1дюйма, при этом подача от котла, где возможен перегрев, – стальная.
  • Сливной патрубок, он же и очиститель шлама – в самой нижней части.
  • В крышке рекомендуется создать патрубок большого диаметра для подключения автоматического воздухоотводчика или группы безопасности.

Сделать буферную емкость самостоятельно может лишь квалифицированный сварщик. Пример создания теплоаккумулятора из бочек, но явных ошибок схемотехники повторять не стоит…

Одно из пропагандируемых некоторыми специалистами решений – 4 дешевые бочки 200 литров, попарно соединенные патрубками большого диаметра…

 

Какой объем буферной емкости понадобится

Ключевой вопрос – какой объем теплоаккумулятора можно считать достаточным. Обычный режим работы – разогрев до +90 градусов и остывание до +60 градусов, пока работа радиаторов будет эффективной… В разнице 30 градусов заключается та энергия, которую можно накапливать и использовать.

Несложный тепловой расчет показывает, что одной тонны воды будет достаточно для обогрева среднеутепленного дома 100 м кв в самые пиковые морозы в течении 5 часов. А при средне-сезонной температуре – сутки.

На практике, емкость 1,2 тонны в хорошо утепленном небольшом доме позволяет не подходить к котлу 30 кВт на дровах в течении 2 суток… Ставить буферную емкость менее 0.8 тонны особого смысла нет…

 

Вопрос утепления

Не нужно спешить накладывать утеплитель до завершения полных испытаний с нагревом и под давлением. При нагреве свыше 60 градусов полистиролы начинают усиленно разлагаться, выделяя яд. Для буферной емкости лучше использовать неплотную минеральную вату толщиной 5 см, ее изоляцию от жилого пространства сделать фольгированным вспененным полиэтиленом проклеенным скотчем.

 

Буферная емкость из еврокуба

Недорого можно приобрести б/у полиэтиленовые емкости на тонну воды, находящиеся в металлической решетке. Их допустимый предел нагревания — +70 градусов, — выше начинает проявляться текучесть материала. Но среди достоинств  – предельная дешевизна изготовления, можно все сделать своими руками без привлечения сварщика… Что из этого получается, смотрите видео.

Теплоаккумулятор своими руками. От А до Я

На чтение 9 мин. Просмотров 1.9k.

Использование твердотопливных котлов сегодня опять набирает популярность. Это связано с применением в их конструкции новых технологий контроля процесса горения и вспомогательного оборудования позволяющего обойтись без постоянного обслуживания агрегата.

К последним относятся и тепловые аккумуляторы включаемые в систему отопления вместе с котлом. Принцип работы достаточно прост что не исключает возможности сделать теплоаккумулятор собственными руками.

Для чего нужны топливные аккумуляторы?

Это разновидность пассивной отопительной арматуры делающей эксплуатацию системы отопления такой же удобной как и при использовании газового котла. В нем хранится избыток тепловой энергии, когда твердотопливный котел работает в штатном режиме, нагревая воду для системы отопления и ГВС.

Когда интенсивность пламени в топке снижается вплоть до полного угасания, горячая вода из аккумулятора автоматически начинает подаваться в систему. Таким образом можно поддерживать комфортную температуру до следующего розжига котла после чего аккумулятор автоматически возвращается в режим зарядки.

Конструкция

Представляет собой металлический бак различной, но чаще всего овальной формы, оснащенный фланцами для подключения входящих и выходящих трубопроводов.

По имеющейся оснастке аккумуляторы подразделяют на:

  • Простые – не имеющие внутри дополнительных узлов.
  • Сложные – оснащенные дополнительными конструктивными элементами, располагаемыми внутри.

Емкость выполняется из углеродистой или нержавеющей стали путем сваривания листового металла. Внутри аккумулятора могут находиться теплообменники через которые циркулирует котловая вода тем самым подогревая воду в емкости.

Их количество и конструкция обуславливаются мощностью аккумулирующего устройства. В качестве дополнительных также могут применяться отдельная емкость для подогрева воды на нужды ГВС и встроенный электронагреватель.

Принцип работы теплоаккумулятора

Принцип работы твердотопливного котла ранее подразумевал необходимость круглосуточного добавления топлива. С появлением теплоаккумулятора эта проблема исчезла. Котловая вода проходя через теплообменники внутри бака частично отдает свое тепло находящейся в нем воде и воде в дополнительном баке для нужд ГВС.

При полном сгорании топлива в топке циркулирующий по системе теплоноситель начинает охлаждаться и в систему подается теплоноситель из бака. Наличие автоматической подачи зависит от сложности отопительной системы, в самодельных же аккумуляторах нередко обходятся и без этой опции делая переключение вручную.

В некоторых моделях встраивают электрический нагреватель что позволяет еще больше увеличить время работы в режиме разрядки.

Где используется устройство?

Сфера применения аккумулятора – отопительные системы различной конструкции. По сути, нет ограничения ни для каких систем, однако чем она больше, тем должна быть большей и емкость резервуара. В промышленных моделях предусматривается возможность создания каскада из нескольких аккумуляторов подключаемых друг к другу.

Обзор лучших моделей

На российском рынке, сегодня предлагают свою продукцию хорошо известные зарубежные компании, а также отечественные производители:

  • Buderus (Германия) – теплоаккумуляторы универсального типа подходящие для работы с котлами других марок твердотопливных котлов. Выпускаются три модели устройств: PS – с объемом от 200 до 2000 литров, не оснащаются внутренними теплообменниками и могут использоваться для хранения холодной воды; PR и PNR – с объемом на 500, 750 и 1000 литров. Конструктивная особенность PNR это возможность подключения к солнечному коллектору. Баки выполнены из углеродистой стали и оснащены слоем изоляции из пенопласта толщиной 100 мм.

  • Hajdu (Венгрия) – отличаются сбалансированной стоимостью относительно качества. Толщина теплоизоляционного слоя составляет 100 мм. Выпускаются серии РТ и AQ PT отличающиеся емкостями баков. AQ PT может не оснащаться внутренними теплообменниками либо иметь один или два. В серии РТ предусмотрен электрический нагреватель что позволяет продлить время разрядки и использовать электроподогрев ночью при наличии многотарифного электросчетчика.

  • Lapesa (Испания) – выпускает модели MASTER INERTIA, MASTER VITRO, MASTER INOX и GEISER INERTIA. В модельном ряду конструкции предназначенные для промышленной и бытовой установки. Для изоляции баков используется полиуретан что значительно снижает теплопотери. Внутренние стенки баков MASTER VITRO эмалируются, а в серии MASTER INOX используется нержавеющая сталь. Объем варьируется от 800 до 5000 литров, емкости опционально оснащаются ТЭНом и внутренними теплообменниками.

  • NIBE (Швеция) – модельный ряд предусматривает возможность синхронизации аккумулятора с такими узлами отопительной системы как солнечный коллектор или тепловой насос. Возможно каскадное подключение сразу нескольких баков для увеличения аккумулирующей мощности. Устройства оснащаются встроенным электронагревателем и теплообменниками. Термоизоляция выполнена из пенополистирола толщиной до 80 мм. Для изготовления используется нержавеющая и углеродистая с покрытием из эмали сталь. Объем моделей варьируется от 100 до 1000 литров.

  • S-TANK (Беларусь) – одна из самых доступных по цене серий отличающаяся высоким качеством. Для изготовления используется нержавеющая и углеродистая сталь. Устройство адаптировано к работе с водой имеющей низкие химические показатели. Для антикоррозионной защиты нанесен усиленный слой эмали. Объем выпускаемых баков варьируется от 100 до 2500 литров. Предусмотрена возможность каскадного подключения при необходимости увеличения мощности.

Отзывы

Не верили что аккумулятор будет работать настолько эффективно. Капитальные вложения большие, но теперь нет необходимости подсыпать ночью уголь.

Оценка:

Екатерина

Пришлось пожертвовать третьей частью подвала своего дома, но оно того стоит, утром просыпаешься в тепле.

Оценка:

Виталий

После установки аккумулятора окончательно отказался от мысли установить газовый котел твердое топливо с аккумулятором выходит намного дешевле.

Оценка:

Егор

Как изготовить теплоаккумулятор своими руками?

Устройство аккумулятора и принцип работы довольно просты.

Даже изготовленные собственноручно резервуары могут повысить эффективность домашней системы отопления и сделать эксплуатацию намного удобнее.

Особенности устройства

Основа конструкции – это надежный резервуар могущий выдержать перепады давления. Для этой цели можно использовать старые газовые баллоны или иные емкости промышленного назначения. В системах без циркуляционного насоса установка должна производиться выше ниже радиаторов. Вода будет циркулировать естественным способом подчиняясь законам гравитации.

В домашних условиях нецелесообразно нарушать целостность бака для установки теплообменников. В большинстве случаев переоборудование сводится к просверливанию двух отверстий на верхней и нижней границах уровня, куда и подключаются подающий и отводящий патрубки.

Поток теплоносителя просто проходит через бак, который выступает в качестве буферной емкости. В случае перегрева котла он воспринимает на себя излишнюю тепловую энергию. По окончанию работы котла, вентили подающего и обратного трубопроводов перекрываются, таким образом, поток теплоносителя начинает идти исключительно через аккумулятор.

Если резервуар не оснастить собственным циркуляционным насосом, в случае монтажа вверху то движение теплоносителя остановится. Не лишним будет и монтаж электрического нагревателя, его установить достаточно просто в отличие от внутренних теплообменников.

Расчет объема и мощности

Выбор объема резервуара неразрывно связан с мощностью котла и объемом помещения где он будет находиться. Чем больше емкость тем больше вес, поэтому монтаж на перекрытиях производится исходя из их материала и веса наполненного бака.

Если помещение необходимого объема отсутствует, а меньшая мощность не удовлетворяет расчетным параметрам, то устанавливают два бака в разных помещениях здания. Не рекомендуется приобретать аккумулятор с емкостью большей чем расчетная поскольку мощность котла должна быть в два больше и система будет работать неэффективно.

За расчетное берется условие что при расходе 1 КВт тепловой энергии на нужды отопления, требуется от 25 до 50 литров теплоносителя. Предполагается, что аккумулирование составит 90 градусов, а после того как он включится в работу, разрядка будет продолжаться до 50 градусов. Выбор мощности производится по таблице учитывающей эту разницу.

Объем теплового аккумулятора, м30,350,50,811,5233,5
Величина отдаваемого теплапри разности температур в 40 ⁰С, кВт/ч2030455885115170210

Рекомендации по изготовлению

При самостоятельном изготовлении прямоугольного резервуара из листового металла, следует особое внимание уделить сварным швам. При отсутствии опыта лучше обратиться к квалифицированному сварщику который правильно подберет электроды и сделает соединение. При несоблюдении технологии даже выполненный из нержавеющей стали агрегат даст течь по швам.

Необходимо оборудовать вентилями входящий и уходящий трубопроводы. Подключение насоса выполнять параллельно с обратным клапаном, а установку ТЭНа производить только на дне. При использовании нержавеющей стали, монтаж аккумулятора выполняется исключительно на нижнем этаже.

Чем утеплить?

Выбор утепляющего материала зависит от формы бака, в остальном они все показывают достаточно высокую эффективность:

  • Цилиндрический бак — применяются рулонные фольгированные утеплители в комплексе с гибкими плитами из минеральной ваты.
  • Прямоугольный бак — жесткие плиты применяемые в утеплении фасадов, пенопласт или гибкие утеплители.

Как подключить?

Все работы связанные с внесением изменений в схему теплоснабжения следует проводить в летнее время при отключенном оборудовании и слитом теплоносителе.

Этапы установки

  1. Подготовка системы, слив теплоносителя.
  2. Определение места врезки.
  3. Приваривание отводов к отходящему от котла трубопроводу.
  4. Нарезание резьбы и установка запорной арматуры.
  5. Приваривание обводного трубопровода котла.
  6. Подключение аккумулятора.

Особенности установки и схема подключения

В своем доме можно использовать самую простую гравитационную схему, если отапливаемая площадь небольшая. Аккумулятор в таком случае устанавливается на уроне котла или ниже. Таким образом, циркуляционный насос не понадобится, так как источник тепла находится внизу и соответственно теплые слои всегда будут стремиться вверх.

Необходимо помнить что чем дальше от котла находится устройство, тем больший участок трубопровода придется проложить, а это лишние потери тепла. Аккумулятор включается параллельно уходящему их котла трубопроводу. Это делается для того чтобы можно было вывести его из работы. Для этого же в трубопровод врезается вентиль.

Одновременно, от приходящего трубопровода делается отвод с врезкой вентиля на аккумулятор. Таким образом можно будет произвести переключение потока воды с котла на резервуар, тем самым снизив гидравлическое сопротивление цепи и не обогревая остывающий котел. Перед растопкой котла следует провести обратное переключение.

Практические советы

  1. Даже при нижней установке аккумулятора рекомендуется оснастить его циркуляционным насосом. Это значительно повысит теплоотдачу и снизит потери тепла через стенки трубопроводов.
  2. При использовании трубопроводов ПВХ, желательно комбинировать их с металлической запорной арматурой, так как это даст возможность всегда произвести ее ремонт.

Эти устройства требуют достаточно больших капитальных затрат, из-за большого количества металла. Вложившись один раз, можно за один-два сезона окупить все затраты, поскольку аккумулятор может выполнять и роль бойлера для ГВС, таким образом не придется тратиться на покупку и монтаж еще одного прибора.

Изготовление теплоаккумулятора для твердотопливного котла своими руками

Когда дрова в твердотопливном котле догорают, он перестает греть воду и в комнатах становится холодно. Чтобы такая остановка не сказалась на работе системы отопления, необходимой является обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором.

Конструкция

Схема теплоаккумулятора включает такие элементы:

  1. Бак из нержавеющей стали или других материалов.
  2. Теплоизоляционный материал (находится вокруг бака).
  3. Змеевик. Его делают из меди. Он размещается внутри термоаккумулятора.

Теплоаккумулятор подключают к системе сразу после устройства. Очень горячий теплоноситель проходит через накопитель тепла, немного охлаждается, отдав тепло, и дальше поступает в радиаторы.

Расчет объема теплоаккумулятора

При расчете теплоаккумулятора для твердотопливного котла нужно выбрать наиболее подходящий накопитель тепла по следующим показателям:

  1. Количества тепла, необходимое для отопления дома.
  2. Продолжительности простоя котла.

Например, для отопления дома площадью в 200 кв. м. и  ГВС с косвенным бойлером на 50 л нужно создавать 33 кВт/час тепла. Если котел будет простаивать 6 часов, то теплоаккумулятор должен отдать за это время 33*6 = 198 кВт. До выключения прибора он должен накопить такое количество тепла.

По системе отопления может циркулировать теплоноситель с температурой 65, 70 или 85 °С. Пусть в схему радиаторов будет поступать вода, нагретая до 70 °С. Из котла может поступать вода, нагретая до 110 °С. Ее температура будет составлять 95 °С. Такую же температуру будет иметь нагретая вода в теплоаккумуляторе. Разница температур составляет 25 °С.

При охлаждении до такой температуры 1 л воды потеряет 0,0012*1*25 = 0,03 кВт. Цифра 0,0012 является удельной емкостью воды, выраженной в кВт/(кг*°С). Цифра 1 – это вес 1 л воды. Чтобы накопитель тепла смог отдать 198 кВт, нужно, чтобы его объем составлял 198/0,03 = 6 600 л. Это составляет 6,6 куб м. Такой объем имеет цилиндр высотой 2,5 м и диаметром 1,8 м.

Изготовление бака

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла можно изготовить своими руками в форме цилиндра, квадратной или прямоугольной формы. Первый вариант лучше. Для его изготовления стоит взять обычный листовой металл с толщиной 4-9 мм. Выгнуть такой металл в цилиндр в домашних условиях очень сложно. Поэтому стоит обратиться в металлообрабатывающие компании. Там проведут прокатку материала и сделают качественные швы.

Проще изготовить своими руками прямоугольный бак. Изготовление включает такие этапы:

  1. Подключение болгарки к электросети и разрезание металла на прямоугольники согласно своей схеме.
  2. Установка двух вертикальных сторон под углом 90°. Для их фиксации можно использовать большие тяжелые предметы. Могут подойти бочки.
  3. Выполнение точечной сварки в нескольких местах.
  4. Проверка правильности угла и при необходимости коррекция.
  5. Сварка двух стенок. Шов следует делать как извне, так и изнутри.
  6. Приваривание всех остальных частей.
  7. Наваривание на каждую сторону 4-5 ребер жесткости. Такие ребра можно было бы не приваривать на бак с объемом, меньшим 5 куб. м. Если будет использоваться цилиндрическая емкость, то ребра жесткости необходимы на верхней и нижней стороне.

Поскольку теплоаккумулятор дляу стройства будет большим, на верхней стороне стоит сделать крышку. Диаметр крышки – 60 см. Ее толщина должна в два раза превышать толщину основного материала. Можно будет залезать/вылезать из бака и варить его изнутри. Крышка должна закрываться герметично. Для этого в конце всех работ на стыки наклеивают своими руками резиновую втулку.

Некоторые пытаются использовать в качестве основной емкости пластмассовые бочки. Они не подходят, так как рассчитаны на невысокую температуру. Исключение составляют изделия, в маркировке которых указано «способность выдерживать температуру, равную 100 °С».

Система патрубков

В готовой металлической емкости сверлят дырки для приварки патрубков. Их должно быть много:

  1. 3 для термометров (их рассредоточивают на одной боковой стороне).
  2. 2 для термодатчиков. Диаметр этих штуцеров – 0,5 дюйма;
  3. 4 штуцера для двух змеевиков. 2 из них размещают в самом верху. 2 – недалеко от дна. Диаметр ¾ дюйма. Эти патрубки нужно делать двухсторонними. Они должны торчать с обеих сторон стенки.
  4. 2 патрубка для подачи и отвода холодной воды в сам бак. Диаметр – ¾ дюйма. Благодаря этому можно будет охлаждать бак в случае его перегрева.
  5. 2 на верхней стороне. Диаметр – 1 дюйм. Один предназначен для магниевого анода, другой для монтажа группы безопасности.
  6. 1 патрубок в дне для слива воды и всей грязи. Диаметр – ¾ дюйма. Большинство времени он будет просто заглушенным.

После приварки патрубков внутреннюю поверхность шлифуют, очищают, обрабатывают с помощью раствора ортофосфорной кислоты, наносят своими руками до 6 слоев грунтовки и несколько слоев термостойкой краски.

Изготовление и фиксация змеевика

Его делают из медной трубы, которая имеет диаметр 20 мм. Нужно сделать своими руками два змеевика. Оба должны иметь одинаковую высоту. Для вышеописанного примера она может составлять 1,1 м. Это значит, что можно сделать змеевик с 1,1/0,02 = 55 витками. Если диаметр одного круга составляет 1,6 м, то для змеевика нужно использовать 1,6*3,14*55 = 276,32 м трубы.

Гнуть трубу придется в самом баке. Можно и снаружи, однако, для этого теплоаккумулятор для котлов отопления должен обладать очень большой крышкой.

Далее нужны такие работы:

  1. Подключение змеевика к необходимым штуцерам и приварка их.
  2. Проверка бака и каждого змеевика на герметичность. Проверяют только водой, сделав подключение изделия к водяному насосу.
  3. Шлифовка, грунтовка и окраска внешней стороны.
  4. Теплоизоляция. Для этого следует использовать пенопласт. Его толщина должна составлять 10 см, а плотность – 25 кг/м³. Его приклеивают к корпусу. Альтернативой является минеральная вата с плотностью 135-145 кг/м³.
  5. Монтаж лицевого материала. Многие схемы предусматривают использование оцинкованного листа, ДВП или фанеры.

После можно приступать к подключению термоаккумулятора к котлу.

принцип устройства, материалы, чертежи, преимущества и недостатки

Там, где централизованное отопление жильцам ещё недоступно, очень остро стоит вопрос экономии топлива и тепла. Расход и того, и другого может значительно сократить сделанный своими руками теплоаккумулятор. Его вставляют в систему отопления дома и применяют для значительного увеличения КПД теплоотдачи. Многие могут решить с помощью этого нехитрого приспособления наболевшие проблемы, связанные с холодными временами года.

Данное устройство экономит топливо

Принцип работы

Основная цель этого устройства — накапливать тепло при работе основного водонагревателя и отдавать накопленное при остановке его работы. Именно поэтому он называется теплоаккумулятором.

Своими руками для котлов отопления его делают обычно по следующим причинам:

  1. Желание сэкономить на топливе основного теплогенератора.
  2. Возможность отключать или не следить за топкой. Например, в ночное время.
  3. При работе электрокотла возможность выбирать время работы, когда оплата за энергию берётся в льготном режиме (чаще всего это ночное время).
В любом случае, какими бы ни были причины решения сделать тепловой аккумулятор для отопления своими руками, они очень быстро окупаются. Собирая расходуемое попусту тепло эта установка потом отдаёт его для обогрева помещения.

В этом видео вы узнаете, как сделать теплоаккумулятор:

Устройство и материалы

Само по себе устройство самодельной установки довольно простое. Хотя есть промышленные образцы со встроенными датчиками и вспомогательными приспособлениями для увеличения эффективности работы устройства, но так или иначе во всех таких агрегатах есть основные составные части:

  1. Главный корпус. Обычно это бак цилиндрической формы, но может быть и прямоугольный. Главная его цель — вмещать как можно больше воды. Именно она является основным накопителем тепла.
  2. Штуцера для соединения с отопительной системой. Они монтируются в основной корпус.
  3. Термометр и манометр. Обычно подобные установки оборудуются такими датчиками для повышения эффективности работы. На промышленных образцах таких приборов может быть намного больше.
  4. Нагреватель. Если теплоаккумулятор для твёрдотопливного котла своими руками обычно монтируют непосредственно в печь для нагрева, то другие варианты могут использовать свой собственный нагреватель. Например, змеевик того же парового отопления, вставленный внутрь основной ёмкости установки, или электротены.
  5. Теплоизоляция. Это может быть дополнительный корпус из теплоизоляционных материалов или самостоятельно сделанная защита от быстрого остывания из подручных средств. В любом случае теплонакопитель для ТТ котла надо утеплить.
  6. Декоративный кожух. Его наличие совсем необязательно, однако, для тех кто желает сделать свой дом не только тёплым, но ещё и красивым — эта деталь очень важная. Возможность скрыть накопительный бак под красивым обрамлением всегда востребована у эстетов.

Материалы, которые применяют народные умельцы при изготовлении своих детищ, обычно самые простые и доступные. Это большие ёмкости из нержавейки или углеродистой стали.

Штуцера обычно делают из простых труб или подыскивают на других, вышедших из строя аппаратах. Для утеплителей используют стекловату, базальтовое волокно и другие термостойкие материалы.

Схема сборки и установки

Взвесив все за и против, многие решаются на изготовление термоаккумулятора для отопления своими руками. Схема основных работ мало чем отличается независимо от того, какую конструкцию выбрал мастер. Вот основные шаги, которые предстоит пройти каждому, кто решится на это дело:

  1. Находят или делают свой чертёж будущей установки.
  2. Готовят весь необходимый для изготовления материал и инструменты.
  3. Делают основной бак для термостата. Это может быть уже готовая ёмкость, а может и сваренная по личным чертежам из листового железа или нескольких частей баков, бочек.
  4. Вваривают в основную ёмкость штуцера для соединения и гильзы для измерительных приборов.
  5. Если предусмотрен автономный подогрев, то монтируют выбранный вариант в основной корпус.
  6. Делают теплоизоляцию термостата. Здесь есть несколько вариантов решения этой задачи, поэтому выбирают наиболее приемлемый и эффективный.
  7. На этом этапе обычно крепят устройство на месте эксплуатации, соединяют с системой отопления.
  8. Окончательное оформление внешнего вида. Красят оборудование или покрывают декоративной обшивкой. Вариантов выполнить эту процедуру тоже очень много, поэтому мастер выбирает тот, который лучше подходит в конкретных обстоятельствах.

Потратив немного времени и сил, настойчивый умелец сможет изготовить теплоаккумулятор своими руками. Для твёрдотопливного котла, электрического или газового — это будет замечательным подспорьем в сохранении тепла в доме и повышении эффективности их работы.

Теплоаккумулятор: устройство, как подключить и как сделать своими руками

В этой статье рассмотрим:
Теплоаккумулятор: назначение и принцип работы
Бак теплоаккумулятор: функции и внутреннее устройство
Теплоаккумулятор для отопления: схема подключения
Как изготовить и подключить теплоаккумулятор своими руками

Работу многих современных котлов отопления трудно себе представить без такого устройства, как теплоаккумулятор. В его задачи входит обеспечение бесперебойного отопления вне зависимости от подачи топлива в котел. Это устройство станет незаменимым помощником в работе твердотопливных котлов, солнечных коллекторов и даже электрических котлов, потребляющих энергию в двухтарифном режиме. В этой статье от сайта stroisovety.org мы подробно разберемся с назначением теплового аккумулятора, его устройством, схемой подключения и решим вопрос, как изготовить его самостоятельно?

Бак теплоаккумулятор фото

Теплоаккумулятор: назначение и принцип работы

С назначением теплоаккумулятора все более или менее понятно – он служит для подпитки системы отопления горячей водой в те моменты, когда котел не в состоянии по каким-либо причинам подогревать воду. Кроме того, одним из побочных эффектов в работе этого устройства является возможность экономии энергетических ресурсов – если своевременно давать теплоаккумулятору разряжаться, то можно добиться снижения энергопотребления процентов на двадцать. А это в наш век, поверьте, не так уж и мало. Кстати, при желании, установить такое устройство можно в систему отопления с любым котлом – есть, правда, один недостаток, с которым придется смириться – это его габариты (если нет специального помещения (топочной), то он займет достаточно много полезной площади).

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла фото

Работает теплоаккумулятор для твердотопливного котла элементарно просто – по сути, это большой, хорошо утепленный накопительный резервуар, в который во время работы котла поступает максимально нагретый теплоноситель. Благодаря тому, что он врезается в систему отопления первым от кола, вода в нем постоянно обновляется с большой скоростью и имеет самую высокую температуру. Когда котел из-за отсутствия топлива прекращает свою работу, остывшая в магистральных трубопроводах вода постепенно начинает выдавливать горячий теплоноситель из бака в систему, тем самым обеспечивая ее бесперебойную работу на ваше благо. Следует понимать, что ресурс этого устройства является ограниченным, и надолго его не хватит. Хотя при надлежащей настройке системы и качественном утеплении здания теплая ночь вам обеспечена будет!

Теплоаккумуляторы для отопления фото

Бак теплоаккумулятор: функции и внутреннее устройство

Современный бак для накопления тепловой энергии представляет собой достаточно сложный агрегат, который в состоянии выполнять сразу несколько функций. Одновременно он может служить для таких целей.

  1. Накопление нагретой котлом воды и последующая ее отдача по требованию системы отопления.
  2. Защита котельного оборудования от перегрева.
  3. Объединение в один контур нескольких источников тепла (к нему одновременно можно подсоединить от двух и более котлов – все зависит от модели бака).
  4. Увеличение КПД системы до максимума. При повышенных температурных режимах работы системы экономятся энергоресурсы – снижается количество загружаемого в котел топлива.
  5. Стабилизация температурного режима во всем доме.
  6. Обеспечение дома горячей водой.

Устройство теплоаккумулятора фото

Для решения вот таких задач и придумали инженеры устройство под названием «теплоаккумулятор для котла». Как он устроен? Начнем с того, что это устройство представляет собой огромную бочку объемом от 350 до 3500л, и использовать его можно с одинаковым успехом как в открытых, так и в закрытых отопительных системах. Внутрь этого огромного и капитально утепленного бака помещено несколько змеевиков, которые подключаются к различным нагревательным приборам – как вы уже поняли, именно эти змеевики нагревают воду в баке. Впоследствии, когда котел отключается, через эти же змеевики осуществляется и отбор тепла для нагрева воды в системе отопления. Мало того, нагретая вода также отдает тепло змеевику, который отвечает за снабжение дома горячей водой. Существует и другая схема устройства теплоаккумулятора – в более простых моделях теплоноситель, нагретый котлом, попадает непосредственно в бак, в котором процесс подпитки системы осуществляется благодаря естественной конвекции воды. А с помощью змеевиков или, как их еще называют, теплообменников, с теплоаккумулятора забирают тепло для горячего водоснабжения и с их же помощью подключаются дополнительные источники тепла.

Теплоаккумулятор для котла фото

Теплоаккумулятор для отопления: схема подключения

Для человека, который занимается монтажом отопительных систем, подключение теплоаккумулятора не является проблемой, да и для обычного человека, задавшегося целью самостоятельно обвязать это устройство, имеются все шансы сделать это правильно. Если вы знакомы с принципами соединения труб, то все получится самым лучшим образом. В целом же, схема подключения теплоаккумулятора выглядит следующим образом. 1. Обратный трубопровод – в теплоаккумуляторе он проходит транзитом через весь бак (имеется вход и выход обратки диаметром полтора дюйма). Для начала нужно соединить бак с обраткой котла – на этом промежутке трубопроводов устанавливается циркуляционный насос, который гонит теплоноситель из емкости в котел, расширительный бак и отсекающий кран. С другой стороны теплоаккумулятора также монтируется отсекающий кран и еще один циркуляционный насос – дальше следует обратный трубопровод системы отопления. 2. Подающий трубопровод. Здесь все точно так же, как и с обратным трубопроводом, только отсутствуют насосы и расширительный бак, а есть лишь отсекающие краны. Диаметр подключения подачи точно такой же, как и обратки, и составляет полтора дюйма.

Схема подключения теплоаккумулятора

Как видите, обвязка теплоаккумулятора имеет несложную схему, но это если дело касается небольших систем отопления, нагрев которых производится одним котлом. Если оборудование будет добавляться, то, естественно, и схема начнет усложняться. И не стоит забывать о перегреве этой емкости, чтобы предотвратить его последствия, в обязательном порядке нужно установить взрывной клапан и датчики давления и температуры теплоносителя – для этого в емкости предусматриваются специальные патрубки.

Как изготовить и подключить теплоаккумулятор своими руками

Решить вопрос, как изготовить теплоаккумулятор для отопления своими руками, не очень сложно, особенно если вы умеете пользоваться сварочным аппаратом. Простейший конденсатор тепла, в задачи которого входит увеличение КПД системы отопления, представляет собой обыкновенную, хорошо утепленную емкость, в которую врезаны патрубки для подключения трубопроводов и некоторого оборудования в виде датчиков температуры, давления и взрывного клапана. Изготовить такое устройство можно либо из трубы большого диаметра, либо из листового железа – из этих материалов собирается полностью герметичная емкость, в которую впоследствии врезается два патрубка для подключения подающих трубопроводов (их вваривают в самой верхней точке бака) и два патрубка для обратного трубопровода (ввариваются в самой нижней точке емкости). Каждая пара резьбовых патрубков устанавливается четко друг напротив друга. Теперь вверху бака дополнительно ввариваем полудюймовые муфты (минимум 2шт.) и в них устанавливаем термометр и взрывной клапан. Последний при обвязке лучше подключить к дренажному каналу стационарным трубопроводом.

Как сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками фото

Завершающим этапом изготовления теплоаккумулятора своими руками является его теплоизоляция – в заводских условиях для этого используется двухкомпонентный полиуретановый герметик (монтажная пена), но ничего страшного не произойдет, если утепление бака осуществить обычной монтажной пеной. Дело здесь только в стоимости утепления – лучше обзавестись пистолетом и производить утепление бака профессиональными баллонами монтажной пены. В принципе, бак готов к подключению и эксплуатации, но если вам не нравится его внешний вид, то можете поместить его в еще один корпус, самостоятельно изготовленный из тонколистовой стали.

В завершение темы несколько слов о рациональности использования теплового аккумулятора в системах отопления. Как и говорилось выше, его применяют в системах отопления с твердотопливными котлами или солнечными коллекторами. Но и в других ситуациях его применение будет полностью оправдано. Взять, к примеру, электрокотел и оплату за потребленную им энергию по двухтарифному счетчику – ночью энергия дешевле, и его можно включать на полную катушку. Днем же его функцию частично будет выполнять теплоаккумулятор. Экономия налицо. Точно так же обстоят дела и с газовым котельным оборудованием – здесь экономичная работа отопительной системы достигается за счет циклов поочередного использования теплоаккумулятора и самого котла. Кроме того, бак, установленный первым от котла, будет дольше поддерживать в нем высокую температуру и, как результат, перерывы между включением и выключением газовой горелки будут значительно больше. Автор статьи Александр Куликов

Теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками

Изготовление теплоаккумулятора для отопления своими руками

Чтобы повысить эффективность работы своего твердотопливного котла или сделать так, чтобы он работал вместе в паре с другим отопительным котлом и не мешали друг другу, нужен теплоаккумулятор. Но, когда начинаешь просчитывать необходимый объем емкости, а потом узнаешь его цену, то сразу пропадает желание этим заниматься. Для тех у кого нет денег на приобретение такой желанной емкости, но есть хорошее понимание для чего она нужна, мы расскажем каким образом сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками. Это вполне реальная задача, а экономия ваших средств будет очень ощутимой. Чтобы выполнить такую работу вам необходимо немного терпения, времени и навыков.

 

Для производства аккумулирующей емкости лучше всего найти бочку, которая до того использовалась в другой сфере. Например, можно пойти на пункт где принимают металлолом.   Там очень часто появляются бочки с разных предприятий, которые уже давно закрылись. Такую емкость можно купить по цене черного метала. Другим способом получить необходимую емкость будет очень сложно. Если вы захотите ее сварить в домашних условиях из металла, то это мероприятие у вас наверняка провалится. Теплоаккумулятор для отопления своими руками сделать с нуля очень трудно. В нем будет высокое давление и швы могут легко разойтись.

 

 

Когда вы заимели емкость необходимого объема, можно приступать к оборудованию необходимого количества отверстий. Здесь у вас появляется преимущество перед готовым теплоаккумулятором. Когда вы делаете теплоаккумулятор для отопления своими руками, вы можете размещать отверстия под подключения в необходимом количестве и в нужных вам местах. Это даст вам возможность более компактной установки в котельной. Для выходов нужно приварить внутренние резьбы, к которым буду подсоединяться трубы. Резьба должна выступать в сторону приблизительно на 10 см, так ка на бочку мы должны наложить теплоизоляцию.

 

Когда вы будете делать теплоаккумулятор для отопления своими руками, то на будущее вмонтируйте теплообменник для дополнительного источника тепла. Даже, если у вас нет в планах его покупать, вы не знаете, что будет через несколько лет. А так у вас уже будет готовая емкость с возможность подключения гелиоколлектора. Также можно встроить в верхнюю часть медный теплообменник для подогрева воды. Как показывает практика, возможность теплоаккумулятора готовить горячую воду для хозяйтсвенных нужд, очень нужна и полезна. Если вы этого не сделаете, то вам придется пользоваться электробойлером или дополнительно ставить бак косвенного нагрева. Только такой бак вам нужно будет покупать. Так как его внутренние стенки должны быть эмалированные. Также можно оставить вход для монтажа ТЭНа. Если вы сейчас не хотите его монтировать, его можно закрыть заглушкой.

 

После проведения всех этих производственных этапов, теплоаккумуляторы для отопления своими руками нужно оборудовать теплоизоляцией. Это делается для того, чтобы тепло не выходило наружу, а направлялось для системы отопления. Для этого нужно найти минеральную вату или другой похожий материал, который схож с ней по свойствам. Для лучшего эффекта наложите на бак несколько шаров.

 

Внешний вид для теплоаккумулятора для отопления своими руками также очень важен. Чтобы на него было приятно смотреть и, чтобы его можно было показать своим друзьям, обтяните его или кожзамом или поместите его в пластиковую оболочку, если она у вас есть. Все, такое нужное и дорогое оборудование готово к использованию, а ваш кошелек сохранил солидную сумму, которую вы сможете потратить для семьи.

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками

Удобство использования, экономия финансов при применении теплоаккумулятора обусловили высокую популярность данной конструкции среди тех, кто задумывается о наиболее рациональных методах отопления частного дома. Особенностью работы, которая характеризует теплоаккумулятор, является постепенное накопление тепла при работе основного котла отопления, после выключения которого температура в помещении поддерживается за счет жидкости, нагретой внутри корпуса конструкции.

Что вы узнаете

Сегодня предприятиями торговли предлагается целый ряд разновидностей теплоаккумуляторов. Все они соответствуют требованиям безопасности и позволяют существенно экономить средства на отоплении частного дома. Однако самостоятельное изготовление подобного устройства под силу даже начинающему мастеру: достаточно точного следования предложенной ниже инструкции и внимания к каждому шагу, чтобы своими руками создать надежный аккумулятор тепла.

 

Общее представление об устройстве теплового аккумулятора

Теплоаккумулятор для котлов отопления имеет следующие основные конструктивные части:

  • металлическая емкость (бочка) большого размера;
  • слой утеплителя, выложенный по внешней поверхности емкости и предназначенный для сохранения температуры жидкости содержащейся внутри бочки;
  • патрубки либо змеевик, расположенные внутри емкости и предназначенные для нагревания жидкости (обычно жидкость подогревается в ночное время, когда тариф на пользование электроэнергией минимальный).

Также в емкости имеется термометр для контроля температуры.

 

Теплоаккумулятор: основные шаги самостоятельного изготовления

Поскольку важным критерием эффективности теплового аккумулятора является его объем, то выбор металлической емкости следует считать наиболее важным этапом, обеспечивающим максимальную утилитарность данного элемента системы отопления. Знатоки рекомендуют подбирать баки объемом от 150 л и более.

 

Также потребуются следующие материалы:

  • бетонная плита;
  • скотч широкий;
  • теплоизолирующий материал: тепловой аккумулятор имеет устройство, схожее со строением бытового термоса, и сохранение температуры жидкости в нем обеспечивается за счет хорошей теплоизоляции;
  • трубы из меди либо ТЭНы.

Размещение корпуса изготавливаемого теплоаккумулятора — вопрос наличия свободного пространства в доме либо на прилагающем участке. Значительный его объем подразумевает отдельное помещение типа топочной, что не всегда соответствует плану жилого дома; потому более целесообразно устанавливать аккумулятор тепла вне жилого помещения.

 

Технология сборки теплоаккумулятора

Составление чертежа для самостоятельной сборки теплового аккумулятора позволяет изначально  представить и понять во всех подробностях будущую конструкцию агрегата. Весь процесс изготовления состоит из нескольких основных шагов, выполняя которые, можно быстро получить требуемое устройство с заданными параметрами.

 

Первый шаг — подготовка бочки, состоящая в тщательной ее промывке и удалении мусора, зачистке участков с признаками начинающейся коррозии, покрытии слоем антикоррозийной краски.

Второй шаг — выбор и подготовка теплоизоляции. Этот материал призван обеспечивать максимально длительный срок сохранения температуры жидкости, потому его теплоизоляционные свойства должны быть идеальными.

 

В качестве теплоизоляции наиболее часто используется минеральная вата: она демократична в ценовом отношении и отличается продолжительным сроком службы. Ею тщательно оборачивается вся бочка с внешней стороны, затем этот слой закрепляется с помощью широкого скотча. Для лучшего поддержания температуры укрепленную минеральную вату оборачивают листовым металлом либо фольгированной пленкой.

Третий шаг — определение вида нагревательного элемента. Им могут стать ТЭНы, однако этот вариант небезопасен при использовании и имеет высокие требования к установке. Потому в качестве альтернативы может использоваться змеевик.

Для самостоятельного изготовления змеевика следует взять медную трубку диаметром не менее 3 см. Длина ее может различаться в зависимости от размера корпуса теплоаккумулятора: обычно она составляет от 7 до 15 метров. Труба сворачивается в форме спирали и надежно крепится внутри бочки.

 

Заключительные работы состоят в установке отводного патрубка в верхней части полученной конструкции и вводного патрубка в ее нижней части. Оба патрубка в обязательном порядке снабжаются кранами. Через нижний патрубок вода поступает в агрегат, а патрубок в верхней части теплоаккумулятора обеспечивает отбор  тепла, сохраненного устройством.

 

Важно! Следует помнить, что по правилам пожарной безопасности тепловой аккумулятор необходимо устанавливать на бетонной плите, по возможности он должен быть огорожен стенами.

Подключаем и наслаждаемся!

Теперь — подключение. Самостоятельно изготовленный тепловой аккумулятор прост в использовании, безопасен и экономичен. Однако следует соблюдать ряд простых правил его подключения для гарантированно долгой работы устройства без серьезных поломок.

  1. Через весь бак должен быть установлен обратный трубопровод, на его двух концах требуется предусмотреть соответственно вход и выход.
  2. Соединение емкости и обратки котла должно производиться в первую очередь.
  3. Между емкостью и обраткой устанавливается циркулярный насос (он должен располагаться как отсекающий кран, со второй стороны).
  4. Подающий трубопровод выводится по той же технологии (см. п. 3).

Изготовление простейшего теплового аккумулятора своими руками производится достаточно легко и быстро и позволяет экономить средства при отоплении частного дома за счет накопления тепловой энергии, вырабатываемой основным котлом отопления.

Надеемся, что представленный нами материал поможет вам сделать ваш дом более комфортным, а его отопление более экономичным. Будем рады прочитать и ваши комментарии на эту тему.

В представленном ниже видео можно почерпнуть еще больше информации о теплоаккумуляторах.

Автор статьи:

Я вкладываю в написанные мной материалы всю свою душу и все свои знания в надежде, что это будет полезно посетителям нашего сайта. Буду очень признателен всем, кто решит написать свое мнение о моей работе, свои замечания и предложения в форме для комментариев, имеющейся после каждой из опубликованных мной статей.

Теплоаккумуляторы - накопители тепла

Тепловой аккумулятор выполняет то, о чем говорит его название, - он аккумулирует тепло. Часто теплоаккумулятор представляет собой хорошо изолированный резервуар на 1000 литров или более, со многими встроенными точками отбора и, возможно, с несколькими змеевиками внутри резервуара.

Электронагревательные элементы

Некоторые из них могут поставляться с электрическими нагревательными элементами для обеспечения резервного электрического питания. Пожалуйста, имейте в виду, что невозобновляемая электроэнергия имеет самый высокий показатель CO2 в килограммах / кВтч из всех видов топлива (древесина, газ, нефть, уголь).

Важна стратификация

Хороший аккумулятор тепла хорошо расслаивает. Горячая вода в верхней части резервуара отделена от холодной воды в нижней части резервуара слоем стратификации. Чем тоньше этот слой, тем лучше и тем больше разница между горячей и холодной водой. Это связано с тем, что чем горячее вода в верхней части резервуара, тем больше она полезна для горячего водоснабжения. Уменьшение перемешивания в резервуаре означает, что верхняя часть резервуара нагревается намного быстрее, что дает вам доступ к полезной горячей воде.

Иногда используется зарядное устройство, чтобы свести к минимуму расход в бак. Двумя примерами являются панель h3 и Laddomat, которые способствуют расслоению и уменьшают перемешивание в резервуаре.

Эффективное использование печи

Самый эффективный способ использовать печь с дровяным котлом - это относительно быстро сжечь ее, чтобы дрова полностью сгорели. Это может сделать много горячей воды, которую вы не всегда хотите использовать в то время. Бак-аккумулятор тепла позволяет сохранить его на потом, когда вы этого захотите.С более крупной котельной печью и котлами, работающими на биомассе, приличный резервуар-аккумулятор тепла может позволить вам запускать дровяной котел один раз в 3 дня, а затем использовать воду из резервуара между ними (в разгар зимы вы могли бы зажигать чаще, чем это).

Аккумуляторы тепла идеально подходят для использования с солнечными батареями

Аналогично солнечным панелям, тепловой аккумулятор позволяет сохранять тепло, выделяемое в дневное время, для использования позже - вы вполне можете обнаружить, что используете больше горячей воды в ночное время - когда солнечные панели не так полезны. ...

Котельная установка печи с использованием теплового аккумулятора

Наш тип установки 4 отражает идею использования теплового аккумулятора для соединения котельной печи с кольцевыми панелями и обычного бойлера.

Теплицы и цветоводство: Хранение тепла для теплиц

Хранение тепла для будущего использования - это старая идея, используемая в промышленности и в домах на солнечных батареях. Сейчас становится популярным, что для отопления теплиц устанавливаются альтернативные энергетические системы. Многие системы были разработаны в зависимости от источника тепла и носителя.

Тепло может сохраняться в течение коротких периодов времени, например, от дня до ночи или в течение более длительных периодов, например, от лета до зимы. Деревья хранят энергию столетие и более. Уголь и нефть накапливают солнечную энергию на протяжении тысяч лет.

В теплицах используется несколько концепций аккумулирования тепла, перечисленных ниже.

Дневное хранение тепла для использования в ночное время

Углекислый газ может ускорить рост растений. Одним из побочных продуктов сгорания ископаемого топлива является CO 2 . Улавливание его из дымовых газов и его распределение в теплице стоит очень мало, так как CO 2 эффективен только в течение дня, а тепло обычно не требуется в помещении. на этот раз для повышения эффективности системы требуется аккумулирование тепла.Большие изолированные резервуары для хранения воды используются для хранения тепла для использования в ночное время.

Относительно новой концепцией для тепличной промышленности является использование накопителя воды с альтернативными топливными системами отопления с ограниченным циклом. Такие системы, как дрова, уголь и кукуруза, горят наиболее эффективно, если эксплуатируются с постоянной интенсивностью возгорания. Добавление большого изолированного буферного резервуара для воды может накапливать избыточное тепло в дневное время для использования в ночное время, когда потребность в тепле наибольшая.

Доступны резервуары емкостью от 1 000 до 500 000 галлонов.Обычно они стальные с внутренней облицовкой или антикоррозийным покрытием и прочной изоляцией снаружи. Наружная металлическая оболочка защищает изоляцию. Меньшие резервуары доставляются грузовиками. Резервуары большего размера собираются на месте. Westbrook Greenhouse Systems, Онтарио, Канада, уже несколько лет поставляет эти резервуары для тепличной промышленности.

Конструкция этих систем позволяет установить котел меньшего размера, так как накопитель воды несет часть ночной нагрузки. Типичный дизайн рассчитан на максимальную потребность в тепле в самый холодный день.Также учитывается максимальная температура воды в баке, которая может быть достигнута, самая низкая температура воды, которую можно использовать, и период хранения. Максимальная температура воды составляет около 200 ° F. Самая низкая температура воды для распределения в стальных трубах или оребрении составляет около 150 ° F. Если установлена ​​система обогрева корневой зоны, можно использовать более низкую температуру воды. Срок хранения может составлять от одного до двух суток. Обычно емкость хранилища составляет один галлон на 200 300 британских тепловых единиц в час тепловой мощности котла.

Для мелких фермеров с хорошим запасом древесины и несколькими домами уличный дровяной котел может быть хорошим альтернативным источником топлива, который снизит затраты на отопление.Они доступны с производительностью до одного миллиона БТЕ / час. Установка изолированного резервуара для воды емкостью от 3000 до 4000 галлонов может обеспечить буферную емкость, необходимую для хранения избыточного тепла в течение ночи.

Улавливание избыточного тепла теплицы

В яркие солнечные дни осенью, зимой и весной обычно бывает избыточное тепло, которое необходимо отводить. Возможен захват этого тепла для использования в ночное время. Количество полезного тепла составляет примерно 200-400 БТЕ / кв. Фут площади пола в зависимости от того, где находится U. С. расположена ваша теплица. Например, теплица размером 30 футов на 100 футов может иметь от 600 000 до 1 200 000 британских тепловых единиц избыточного тепла. Это низкопробный нагрев с максимальной температурой около 90 ° F. Уловить и сохранить это тепло непросто. Его можно было собрать с помощью воздуховода около гребня и хранить под полом в каменной гряде. Его также можно собирать с помощью теплообменника, а температуру повышать с помощью теплового насоса. Затем его можно было хранить в изолированном резервуаре для горячей воды. Стоимость оборудования и эксплуатации может быть непомерно высокой.Сначала необходимо провести экономическое исследование.

Хранение с летнего на зимнее

В 1970-х годах в Центре сельскохозяйственных и научно-исследовательских разработок Огайо в Вустере изучались возможности использования соляного пруда с солнечным подогревом, покрытого теплицей.

К преимуществам относятся относительно низкая стоимость, пассивная работа и способность собирать и хранить летнюю радиацию для использования зимой. Пруд был заполнен водой, и хлорид натрия или другая соль была растворена в воде для образования однородной концентрации в нижней половине и уменьшающегося градиента концентрации от середины пруда к поверхности.Вода, нагретая все лето до температуры выше 150 ° F, отводилась, когда требовалось тепло. Теплообменники вода-воздух использовались для обогрева соседней теплицы. Из-за нехватки места и соображений управления эта концепция не была принята в отрасли.

В настоящее время в Европе и в других странах проводятся исследования по установке аккумуляторов тепла под полом теплицы. Резервуар для воды или резервуар, наполненный влажным песком, является средой хранения. Также можно использовать почву под полом.Сбор может происходить как от избыточного тепла в теплице, так и от солнечных коллекторов. Восстановление осуществляется через водопроводные трубы или воздуховоды, расположенные по всей территории хранения. Эта система может значительно увеличить стоимость строительства теплицы.

При оценке аккумулирования тепла необходимо учитывать накопитель. Теплоемкость измеряется как удельная теплоемкость. Вода имеет удельную теплоемкость 1,0 БТЕ / кв. Фут - ° F, тогда как бетон, щебень и песок составляют приблизительно 0,2 БТЕ / кв. Фут - ° F. По объему вода удерживает примерно в три раза больше тепла, чем бетон, камень и песок.

Были использованы материалы с фазовым переходом, такие как гексагидрат хлорида кальция и глауберова соль. Они изменяют фазу из твердого состояния в жидкое примерно при комнатной температуре с большой теплоемкостью, аналогичной превращению льда в воду. Эти материалы дорогие и используются в основном в теплицах для хобби.

Накопитель тепла может служить буфером, позволяющим установить меньшую систему отопления. Выбор системы и ее размер важны для того, чтобы сделать ее экономически целесообразной.

Джон В. Барток младший
Почетный профессор и инженер по сельскому хозяйству
Кафедра NRME, Университет Коннектикута, Storrs CT 06269-4087

2013

Керамика для длительного хранения тепла, поглощающая тепловую энергию из горячей воды

Реферат

На тепловых и атомных электростанциях 70% произведенной тепловой энергии теряется в виде отработанного тепла. Температура отходящего тепла ниже температуры кипения воды. Здесь мы показываем материал с длительным хранением тепла, который поглощает тепловую энергию при высоких температурах от 38 ° C (311 K) до 67 ° C (340 K).Эта уникальная серия материалов состоит из скандийзамещенного пентоксида лямбда-трититана (λ-Sc x Ti 3− x O 5 ). λ-Sc x Ti 3− x O 5 не только аккумулирует тепловую энергию из горячей воды, но также может высвобождать накопленную тепловую энергию за счет приложения давления. λ-Sc x Ti 3− x O 5 обладает потенциалом аккумулировать тепловую энергию горячей воды, генерируемой на тепловых и атомных электростанциях, и рециркулировать накопленную тепловую энергию по запросу путем приложения внешнего давления . Кроме того, его можно использовать для рециркуляции отработанного тепла на промышленных предприятиях и в автомобилях.

ВВЕДЕНИЕ

Произведенная тепловая энергия не может быть эффективно преобразована в электрическую на тепловых и атомных электростанциях. Семьдесят процентов произведенной тепловой энергии выбрасывается как отходящее тепло ( 1 - 4 ). Температура этого отходящего тепла ниже температуры кипения воды, то есть 100 ° C (373 K) ( 5 ). Отработанное тепло в настоящее время выбрасывается в атмосферу через воду или воздух, отрицательно влияя на окружающую среду ( 6 - 12 ).Хранение и использование этого отработанного тепла дало бы множество преимуществ за счет повышения энергоэффективности и соблюдения экологических требований. В данной статье мы сообщаем о долговременной теплоаккумулирующей керамике, замещенной скандием пентоксидом лямбда-трититана, поглощающей тепловую энергию путем фазового перехода твердое тело-твердое тело при температуре ниже температуры кипения воды. Керамика может многократно использовать тепловую энергию за счет давления и нагрева. Эти характеристики аккумулирования тепла могут обеспечить сложную технологию повторного использования энергии для тепловых и атомных электростанций и смягчить негативное воздействие отработанного тепла на окружающую среду.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Расчеты энергии пласта из первых принципов

Стремясь реализовать теплоаккумулирующие материалы ( 13 , 14 ), способные поглощать низкотемпературное отходящее тепло, наши исследования были сосредоточены на металлзамещенной лямбде. -пентоксид трититана (λ- M x Ti 3 O 5 ). λ-Ti 3 O 5 демонстрирует фазовые переходы, индуцированные фото и давлением ( 15 - 19 ).На сегодняшний день зарегистрировано несколько типов металлзамещенного λ-Ti 3 O 5 ( 20 - 22 ). Мы рассмотрели катионы металлов, пригодные для замещения металла иона Ti в λ-Ti 3 O 5 . В частности, мы провели расчеты из первых принципов и определили энергии образования различных λ- M x Ti 3 O 5 с использованием 54 различных элементов. На рис. 1А и рис. S1 показывает результаты, где синий цвет означает, что замещение иона металла стабилизирует энергию образования, а оранжевый цвет дестабилизирует энергию образования.

Рис. 1. Расчеты энергий пласта из первых принципов.

( A ) Периодическая таблица, окрашенная полными электронными энергиями λ-Ti 3 O 5 с элементным замещением. Синие элементы - это те элементы, у которых замещенный λ-Ti 3 O 5 показывает более низкую энергию образования, чем чистый λ-Ti 3 O 5 . Оранжевые элементы - это те, у которых замещенный λ-Ti 3 O 5 показывает более высокую энергию образования.( B ) Расчетная полная электронная энергия λ-A x Ti 3− x O 5 (A, трехвалентные элементы) и ( C ) λ-B x Ti 3- x O 5 (B, четырехвалентные элементы) в порядке атомного номера. Один из трех узлов Ti в λ-Ti 3 O 5 заменен цветным элементом для расчетов из первых принципов. Элемент A в λ-A x Ti 3− x O 5 заменяет сайт Ti1.Элемент B в λ-B x Ti 3- x O 5 заменяет сайт Ti2. Синие и оранжевые квадраты показывают, что замещенный элементарным элементом λ-Ti 3 O 5 показывает более низкую энергию образования и более высокую энергию образования соответственно. Черный квадрат обозначает чистый λ-Ti 3 O 5 .

Из этих элементов только шесть обладают стабилизирующим действием: Sc, Nb, Ta, Zr, Hf и W (рис. 1, B и C). Таким образом, мы синтезировали эти λ- M x Ti 3 O 5 .Замещение Nb, Ta, Zr, Hf и W дает β-фазу. Однако Sc-замещенный Ti 3 O 5 предполагает λ-фазу (рис. S2). Здесь мы сообщаем о синтезе, кристаллической структуре и теплоаккумулирующих свойствах Sc-замещенного λ-Ti 3 O 5 .

Кристаллическая структура

Методом дугового плавления синтезировали Sc-замещенный λ-Ti 3 O 5 ( 23 - 27 ). На рис. 2А представлена ​​синтетическая процедура.Порошки-предшественники Sc 2 O 3 , TiO 2 и Ti смешивают и получают 8-миллиметровую таблетку смеси. Для плавления гранул в атмосфере аргона использовалась дуговая плавка. Затем образцу придают форму сферического шара (рис. 2А). Полученный образец размалывается вручную. Формула образца определяется как Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 с помощью рентгенофлуоресцентных (XRF) измерений (см. Материалы и методы). Мы выполнили измерения синхротронной рентгеновской дифракции (SXRD), используя канал BL02B2 на SPring-8, чтобы определить кристаллическую структуру ( 28 ).На рис. 2В показана рентгенограмма свежеприготовленного образца при комнатной температуре. Согласно анализу Ритвельда, кристаллическая структура является моноклинной (пространственная группа C 2/ m ) с параметрами решетки a = 9,84195 (4) Å, b = 3,79151 (1) Å, c = 9,98618 (4) Å, β = 91,1207 (3) ° и объем элементарной ячейки V = 372,572 (3) Å 3 (рис. S3).

Рис. 2 Синтез, кристаллическая структура и морфология λ-Sc 0.09 Ti 2,91 O 5 .

( A ) λ-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 синтез образца. Гранулированная смесь порошка Sc 2 O 3 , TiO 2 и металлического Ti диаметром 8 мм приготавливается, плавится и быстро охлаждается в процессе дуговой плавки. После плавления затвердевший (как приготовленный) образец измельчают вручную. Фото: Йошитака Накамура, Panasonic Corporation. ( B ) Диаграмма синхротронной дифракции рентгеновских лучей (SXRD) свежеприготовленного Sc 0.09 Ti 2,91 O 5 образец, отобранный при комнатной температуре с λ = 0,420111 Å. Верхняя синяя и нижняя оранжевые полосы представляют рассчитанные положения брэгговских отражений λ-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 и β-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 . ( C ) Изображение порошкообразного образца, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), показывает размер зерна менее 100 мкм. Частица порошкообразного образца разрезается сфокусированным ионным пучком.Изображение STEM показывает полосообразные домены размером около 100 нм × 200 нм. Масштабные полосы показывают 100 мкм на SEM-изображении и 100 нм на STEM-изображении.

Эти характеристики соответствуют кристаллической структуре λ-Ti 3 O 5 . λ-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 имеет немного больший объем элементарной ячейки, чем у λ-Ti 3 O 5 с расширением 0,4%. Кроме того, β-фаза присутствует в качестве второстепенной фазы. Β-фаза имеет моноклинную кристаллическую структуру (пространственная группа C 2/ m ) с параметрами решетки a = 9.7930 (4) Å, b = 3,8064 (14) Å, c = 9,4375 (4) Å, β = 91,5611 (3) ° и V = 351,66 (2) Å 3 . Изображение, полученное с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM), показывает полосообразные домены размером приблизительно 100 нм × 200 нм (рис. 2C).

Фазовый переход, индуцированный давлением

Затем мы измерили фазовый переход, вызванный давлением, с помощью SXRD (рис. S4). Свежеприготовленный образец был сжат гидравлическим прессом под давлением от 0,2 до 1,7 ГПа.По мере увеличения давления доля λ-фазы уменьшается, а доля β-фазы увеличивается (фиг. 3A). Давление перехода составляет 670 МПа (рис. 3В). Образец после фазового перехода, вызванного давлением (рис. 3A), был нагрет, и была собрана температурная эволюция рентгенограмм (рис. S5). На рисунке 3C показаны пики λ- (203), λ- и β- (20-3) и α- (023). Пики λ и β остаются постоянными до 50 ° C (323 K), затем β-фаза уменьшается, а λ-фаза увеличивается при 75 ° C (348 K), что указывает на обратимость из-за давления и нагрева.Λ-фаза переходит в α-фазу при температуре выше 175 ° C (448 K), но после охлаждения возвращается в λ-фазу при отсутствии перехода обратно в β-фазу (рис. S6).

Рис. 3 Фазовый переход под давлением и процесс аккумулирования тепла.

( A ) SXRD-диаграммы Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 , измеренные при комнатной температуре и давлении окружающей среды после сжатия от 0,2 до 1,7 ГПа с помощью гидравлического пресса (λ = 0,420111 Å). По мере увеличения давления пики λ- (20-3) и λ- (203) (синий) уменьшаются, а пик β- (20-3) (оранжевый) увеличивается, указывая на фазовый переход, вызванный давлением.а.е., условные единицы. ( B ) Зависимость от давления фазовых долей Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 , рассчитанная по рентгенограммам в (A). Давление перехода (давление фазового перехода) составляет 670 МПа. ( C ) Рентгенограммы Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 , измеренные между 27 ° C (300 K) и 300 ° C (573 K; λ = 0,999255 Å). Пики λ и β постоянны до 50 ° C (323 K; оранжевый), а затем β-фаза уменьшается, а λ-фаза увеличивается при 75 ° C (348 K; синий).Λ-фаза переходит в α-фазу выше 175 ° C (448 K; черный), но восстанавливается при охлаждении. ( D ) Диаграмма ДСК для Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 показывает эндотермическую реакцию при 67 ° C (340 K). Образцы сжимают при 1,7 ГПа перед измерениями на диаграммах SXRD и DSC при переменной температуре.

Теплоаккумулятор

Мы измерили массу теплопоглощения образца после фазового перехода под давлением с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).Мы обработали образец, сжатый при 1,7 ГПа с 22,7% λ-фазы и 77,3% β-фазы от 0 ° C (273 K) до 300 ° C (573 K). Поглощение тепла наблюдается с пиком поглощения при 67 ° C (340 K) (рис. 3D). С учетом конверсии λ- и β-фаз масса поглощения тепла составляет 75 кДж. Литр -1 . Фазовые переходы, вызванные давлением и нагреванием, наблюдались неоднократно (рис. S7).

По сравнению с предыдущей работой ( 16 ), температура аккумулирования тепла от создаваемой давлением β-фазы до λ-фазы в настоящем исследовании составляет 67 ° C, что является значительным снижением по сравнению с 197 ° C.Это уменьшение объясняется уменьшением разницы в энергии пласта между двумя фазами, что снижает температуру пересечения двух кривых энергии Гиббса ( 29 ). Расчеты из первых принципов подтверждают эти результаты. Зависимость энергии Гиббса от температуры приведена на рис. 4 и в разделе «Материалы и методы».

Рис. 4 Механизм снижения температуры перехода.

Расчетная термодинамическая свободная энергия Ti 3 O 5 и Sc 0.09 Ti 2,91 O 5 с суперячейками (1 × 3 × 1). Сайт замещения Sc для расчета установлен на Ti3, и 1 из 36 атомов Ti замещен в λ- и β-Ti 3 O 5 . Разность свободных энергий λ- и β-фаз составляет Δ G G = G λ - G β ). При Δ G = 0 (черная пунктирная линия) свободные энергии фаз λ и β равны, что указывает на температуру кроссовера (расчетную температуру фазового перехода).Нормализованная температура 1,0 установлена ​​на T p1 = 848 K (575 ° C), что является расчетной температурой кроссовера λ- и β-Ti 3 O 5 (синяя пунктирная линия, Δ G Ti3O5 = 0). Красная пунктирная линия представляет собой температуру кроссовера λ- и β-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 G Sc0.09Ti2.91O5 = 0) при T p2 = 614 K (341 ° С). Температура кроссовера Sc 0.09 Ti 2,91 O 5 уменьшается примерно на 27,6% от температуры Ti 3 O 5 . Этот коэффициент снижения температуры хорошо согласуется с экспериментально полученным коэффициентом уменьшения 27,7%, рассчитанным на основе температуры фазового перехода 470 K (197 ° C), указанной в λ-Ti 3 O 5 и 340 K (67 ° C), измеренных. в λ-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 (рис. 3D).

Термодинамический механизм длительного накопления тепла и фазового перехода под давлением

Согласно предыдущим отчетам о λ-Ti 3 O 5 ( 15 , 16 ), обратимый фазовый переход между λ Считается, что фаза и β-фаза из-за давления и тепла связаны с энергетическим барьером между двумя фазами, который возникает из-за упругого взаимодействия внутри материала.Чтобы понять механизмы длительного накопления тепла и выделения тепловой энергии под действием низкого давления, мы покажем свободную энергию Гиббса системы ( G sys ) с использованием термодинамической модели, основанной на среднем поле Слихтера и Дрикамера. модель (модель SD) ( 30 ) (см. Материалы и методы). Свободная энергия Гиббса в модели SD ( G sys ) описывается как G sys = x Δ H + γ x (1 - x ) + T { R [ x ln x + (1 - x ) ln (1 - x )] - x Δ S }, с параметром кооперативного взаимодействия (γ) между фазой λ и β-фаза из-за упругих взаимодействий внутри кристалла. x - это отношение фазы λ, а R - газовая постоянная. По результатам измерения ДСК энтальпия перехода (Δ H ) составляет 75 кДж литр -1 (4,0 кДж моль -1 ), а энтропия перехода (Δ S ) составляет 0,22 кДж K −1 литр −1 (12 JK −1 моль −1 ). Когда параметры взаимодействия заданы как конкретная комбинация значений, расчет модели SD хорошо воспроизводит данные измерений (т.е.е. фазовый переход β-фаза → λ-фаза происходит около 350 K). Затем термически образованная λ-фаза сохраняется даже при низких температурах в процессе охлаждения (рис. 5, A и B). Таким образом, причина, по которой λ-фаза сохраняется в течение длительного периода, состоит в том, что наличие энергетического барьера между λ- и β-фазами предотвращает преобразование λ-фазы в β-фазу. Приготовленный λ-Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 показывает хорошую стабильность; т.е. λ-Sc 0,09 Ti 2.91 O 5 идеально сохраняется через 248 дней (около 8 месяцев) и 367 дней (1 год) после измерения XRD.

Рис. 5 Механизм длительного накопления тепла и фазового перехода под давлением.

( A ) зависимости свободной энергии Гиббса ( G sys ) от доли фазы λ ( x ) от 420 до 200 K с интервалом 20 K, рассчитанные по модели SD. Синие сферы показывают тепловую заселенность λ-фазы. ( B ) Температурная зависимость рассчитанных долей λ-фазы (синий) и β-фазы (красный).( C ) G sys по сравнению с x при атмосферном давлении 0,1, 400 и 700 МПа при 300 К.

Кроме того, мы воспроизвели индуцированный давлением фазовый переход от λ-фазы к β-фазе. Приложение давления к системе вызывает исчезновение энергетического барьера и вызывает фазовый переход из λ-фазы в β-фазу (рис. 5C). Этот индуцированный давлением фазовый переход вызван изменением значения γ при приложении внешнего давления (см. Материалы и методы). Следовательно, система улавливается как λ-фаза при комнатной температуре, но приложение давления преодолевает энергетический барьер, что приводит к фазовому переходу в β-фазу.

ОБСУЖДЕНИЕ

На рисунке 6 схематично показана система аккумулирования тепла с использованием Sc-замещенного λ-Ti 3 O 5 . Вода для охлаждения турбины на электростанции перекачивается из реки или моря. Когда вода проходит через турбину, температура воды увеличивается из-за теплообмена. Энергия горячей воды передается на Sc-замещенный λ-Ti 3 O 5 в резервуарах.Впоследствии вода с пониженной тепловой энергией возвращается в реку или море. Эта система может смягчить повышение температуры воды в реке или море. Заполненный Sc-замещенный λ-Ti 3 O 5 может высвобождать накопленную тепловую энергию путем приложения давления, позволяя использовать энергию по запросу. Например, накопленная тепловая энергия может подаваться в здания или промышленные предприятия, расположенные рядом с электростанциями, без использования электричества. Кроме того, используя преимущество характеристики удержания скрытой тепловой энергии до приложения давления, если запасенная Sc-замещенная λ-Ti 3 O 5 транспортируется грузовиком, тепловая энергия может использоваться в удаленном месте.Что касается эффективности, то значение эффективности преобразования энергии ( e ) оценивается на основе температурной зависимости энтальпии для λ-фазы и β-фазы, полученной расчетами из первых принципов и измерениями DSC (рис. S8). Например, когда температура тепловыделения составляет 15 ° C (288 K), а повышение температуры составляет 1 K, эффективность составляет 93%. При повышении температуры на 5 К КПД составляет 77% (таблица S1).

Рис. 6 Применение Sc-замещенного λ-Ti 3 O 5 для электростанций.

Схематическое изображение системы рециркуляции тепловой энергии с использованием Sc-замещенного λ-Ti 3 O 5 теплоаккумулирующей керамики. Вода для охлаждения турбины на электростанции перекачивается из реки или моря. Вода нагревается после теплообмена через турбину. Эта энергия горячей воды хранится в резервуарах, содержащих Sc-замещенную λ-Ti 3 O 5 теплоаккумулирующую керамику. Вода с пониженной тепловой энергией возвращается в реку или море, смягчая повышение температуры моря.Накопленная энергия Sc-замещенная λ-Ti 3 O 5 Теплоаккумулирующая керамика может поставлять тепловую энергию в здания или промышленные предприятия за счет приложения давления. Кроме того, керамику с накоплением энергии можно транспортировать в дальние места на грузовике.

В заключение продемонстрируем теплоаккумулирующую керамику на основе Sc-замещенного λ-Ti 3 O 5 , которая поглощает тепло от горячей воды. После проведения расчетов из первых принципов мы синтезировали Sc-замещенную керамику λ-Ti 3 O 5 с теплопоглощением ниже 100 ° C (373 K).Этот теплопоглощающий материал при температуре ниже 100 ° C может рекуперировать тепловую энергию из охлаждающей воды в турбинах электростанций, смягчая повышение температуры морской воды. Более того, температуру поглощения тепла можно легко контролировать, изменяя содержание Sc в λ-Ti 3 O 5 в соответствии с целевым применением.

Эти изменения температуры поглощения тепла приписываются изменению температуры кроссовера энергий Гиббса. Мы успешно синтезировали λ-Sc 0.105 Ti 2,895 O 5 с температурой поглощения тепла 45 ° C (318 K) и λ-Sc 0,108 Ti 2,892 O 5 с температурой поглощения тепла 38 ° C (311 K (см. «Материалы и методы» и рис. S9). Sc-замещенный λ-Ti 3 O 5 расширит возможности использования тепловой энергии, поскольку он может использовать тепловую энергию, которая в настоящее время находится в неиспользуемом диапазоне температур. Помимо электростанций, должны быть возможны и другие применения настоящего материала, такие как использование аккумуляторов тепла для сбора отработанного тепла заводов, транспортных средств, мобильных телефонов и электронных устройств.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Расчеты из первых принципов

С учетом валентностей между шестикоординированным Ti 3+ и Ti 4+ в λ-Ti 3 O 5 ( 15 , 16 , 31 ), полные электронные энергии λ-Ti 3 O 5 , замещенные трехвалентными или четырехвалентными элементами из одного из трех узлов Ti, были рассчитаны расчетами из первых принципов с использованием пакета моделирования Vienna ab initio ( VASP) код.Кристаллическая структура λ-Ti 3 O 5 , показанная в ( 16 ), использовалась в качестве расчетных моделей для исходной структуры. Параметры решетки и положения атомов были оптимизированы при стандартном давлении с энергией отсечки 500 эВ и сеткой k 7 × 7 × 2 до тех пор, пока электронные итерации не сойдутся ниже 10 -5 эВ. На основе расчетов из первых принципов мы сосредоточились на синтезе Sc-замещенного Ti 3 O 5 , потому что Sc принимает Sc 3+ с шести- или восьмикоординированной геометрией, что препятствует высшим валентным состояниям. в участках Ti, наблюдаемых в β-Ti 3 O 5 .

Синтез материала дуговой плавкой

Sc-замещенный λ-Ti 3 O 5 образцов синтезировали методом дуговой плавки с таблетированной порошковой смесью металлического Ti (чистота 99,9%), TiO 2 ( Чистота 99,9%) и Sc 2 O 3 (чистота 99,99%) в атмосфере Ar при 0,05 МПа. Порошки металлического Ti, TiO 2 и Sc 2 O 3 смешивали в молярном соотношении Ti: TiO 2 : Sc 2 O 3 = 0.478: 2,433: 0,045. В этом методе образцы плавились и переворачивались три или четыре раза на стадии охлаждения меди после затвердевания. Эти затвердевшие образцы перед измерениями размалывали вручную. Состав был подтвержден XRF, и формула была определена как Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 : вычислено: Ti 62,4; О 35,8; Sc, 1,8%; обнаружено: Ti 62,0; О, 36,0; Sc, 2,0%, что идентично смешанному соотношению исходных материалов. Sc 0,105 Ti 2.Также были синтезированы образцы 895 O 5 и Sc 0,108 Ti 2,892 O 5 и измерены дифрактограммы (рис. S9). Кроме того, были синтезированы образцы Ti 3 O 5 , замещенные 3 атомными% (ат.%) Zr, Nb, Hf, Ta и W, и измерены их дифрактограммы (рис. S2). В основном они показали образцы β-Ti 3 O 5 .

Измерение SXRD

Кристаллические структуры Sc-замещенного Ti 3 O 5 образцов были определены анализом Ритвельда данных SXRD, собранных в канале BL02B2 на SPring-8 ( 28 ).Образцы были запаяны в стеклянных капиллярах для измерений SXRD. Для уточнения структурных параметров использовалась программа РИЭТАН-ФП ( 32 ).

Измерение тепловых свойств

Теплопоглощающие свойства Sc-замещенного Ti 3 O 5 образцов были измерены методом ДСК (Seiko Instruments, DSC 220C) при скорости нагрева-охлаждения 10 К / мин и в атмосфере газообразного воздуха. расход 100 мл / мин. Перед измерениями ДСК образцы, содержащие как λ-фазу, так и β-фазу, были сжаты при 1.7 ГПа, чтобы преобразовать их из фазы λ в фазу β. Кроме того, были измерены термические свойства образцов λ-Sc 0,105 Ti 2,895 O 5 и λ-Sc 0,108 Ti 2,892 O 5 (рис. S9).

Расчет свободной энергии Гиббса из первых принципов

Для интерпретации температуры фазового перехода используются свободные энергии Гиббса для Sc-замещенного λ-Ti 3 O 5 и β-Ti 3 O 5 с суперячейками (1 × 3 × 1) и сетка k из 2 × 2 × 2 оптимизированных структур были рассчитаны с использованием кода Phonopy в сотрудничестве с кодом VASP для расчета констант межатомных сил ( 33 , 34 ).Коэффициент замещения Sc был установлен примерно на 3 ат.% (Sc 0,09 Ti 2,91 O 5 ). То есть 1 из 36 атомов Ti был замещен атомом Sc в суперъячейках. Рассчитана дифференциальная энергия λ- и β-фаз (Δ G = G λ - G β ). Расчетное Δ G Ti 3 O 5 и Sc-замещенного Ti 3 O 5 показано на рис. 4. Ti 3 O 5 показывает Δ G = 0 при 575 ° C (848 K), которая является температурой кроссовера рассчитанных свободных энергий, соответствующей температуре фазового перехода ( 29 ).Sc-замещенный Ti 3 O 5 показал Δ G = 0 при 341 ° C (614 K). Нормированная температура на рис. 4 была установлена ​​на уровне 575 ° C (848 K), что является температурой кроссовера свободных энергий Ti 3 O 5 . Температура кроссовера Sc-замещенного Ti 3 O 5 снизилась примерно на 27,6% от температуры Ti 3 O 5 . Этот коэффициент снижения температуры хорошо согласуется с экспериментально полученным коэффициентом уменьшения 27.7% рассчитано из температуры фазового перехода 470 K (197 ° C), указанной в λ-Ti 3 O 5 ( 16 ) и 340 K (67 ° C), измеренной в λ-Sc 0,09 Ti 2,91 О 5 . Расчетная температура кроссовера была завышена по сравнению с температурой фазового перехода, что, вероятно, связано с тем, что магнитное взаимодействие не учитывалось при фононных расчетах. Энергии образования, соответствующие свободным энергиям Гиббса ( G ) при 0 К, составили -2362.47 эВ (λ-Ti 3 O 5 ), −2376,44 эВ (Sc-замещенный λ-Ti 3 O 5 ), −2372,45 эВ (β-Ti 3 O 5 ), и -2381,65 эВ (Sc-замещенный β-Ti 3 O 5 ).

Термодинамический анализ

В расчетах модели SD значение γ зависит от температуры и давления (т.е. γ = γ a + γ b T + γ c P ). По результатам измерения DSC значение Δ H составило 4.0 кДж моль -1 , а величина Δ S составила 11,7 Дж К -1 моль -1 . Когда параметры γ были заданы как γ a = 7 кДж моль −1 , γ b = −1,2 JK −1 моль −1 и γ c = −0,37 Дж МПа −1 моль −1 , расчеты модели SD воспроизвели долговременное накопление тепла и фазовый переход под давлением, как показано на рис. 5.

Благодарности: Финансирование: Эта работа была частично поддержана JSPS Grant-in-Aid для специально продвигаемых исследований (грант 15H05697), Grant-in-Aid for Scientific Research (A) (грант 20H00369) и совместными исследовательскими проектами, Лаборатория материалов и конструкций. , Токийский технологический институт.Эксперименты по синхротронному излучению были выполнены на SPring-8 с одобрения Японского научно-исследовательского института синхротронного излучения (JASRI; предложения № 2018A1642 и 2018B1797). Мы благодарны Т. Такидзаве (Panasonic Corporation) за настройку расчета из первых принципов с использованием кодов VASP и Phonopy, Х. Тамаки (Panasonic Corporation) за использование дугоплавильного оборудования, H. Kataoka (Panasonic Corporation) за использование гидравлического пресса и Ф. Шинсю (Panasonic Corporation) за получение изображений SEM и STEM.Мы благодарны Ф. Цзя (Токийский университет) и Х. Токоро (Университет Цукуба) за термодинамический расчет, К. Имото (Токийский университет) за расчет энтальпии, К. Накагаве (Токийский университет) за измерение XRF и М. Йошикиё (Токийский университет) за обсуждение рукописи. Автор публикаций: Ю.Н. разработал и координировал это исследование, участвовал во всех измерениях и расчетах и ​​написал статью. Ю.С. и M.A. провели измерения SXRD.ТАК. разработал это исследование и написал статью. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали рукопись. Конкурирующие интересы: Ю.Н. является автором патента, поданного Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd. (№ PCT / JP2019 / 010402, опубликовано 19 сентября 2019 г.). Ю.Н. является автором патентной заявки, поданной Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd. (№ JP 2019-124064, подана | 2 июля 2019 г.). Остальные не заявляют о других конкурирующих интересах. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

  • Copyright © 2020 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по лицензии Creative Commons Attribution License 4.0 (CC BY).

Энергоаккумуляторы для ТЭЦ

Энергоаккумуляторы для ТЭЦ

Об авторе

В компании Ramboll работает более 16 500 экспертов по всему миру, и она особенно сильна в странах Северной Европы, Великобритании, Северной Америки, континентальной Европы, Ближнего Востока и Азиатско-Тихоокеанского региона.Имея 300 офисов в 35 странах, Ramboll сочетает местный опыт с глобальной базой знаний, постоянно стремясь к достижению вдохновляющих и требовательных решений, которые действительно имеют значение для наших клиентов, конечных пользователей и общества в целом. Ramboll работает на следующих рынках: строительство, транспорт, планирование и градостроительство, водоснабжение, окружающая среда и здоровье, консультирование по вопросам энергетики и управления.

См. Партнера Главная »Энергохранилища для ТЭЦ

Резервуары для хранения тепла важны для гибкости ТЭЦ и интеграции изменяющихся возобновляемых источников энергии, генерирующих тепло и электроэнергию, а также для оптимизации.Резервуары имеют еще большее значение в системах, включающих как ТЭЦ, тепловые насосы, так и электрические котлы. Самый большой в мире в Оденде, Дания, имеет объем 75 000 м3. Один в Аведёре, показанный на рисунке, имеет объем 2 x 24 000 м3 и находится под давлением до 120 ° C и отделен от сети с помощью секции давления 10 бар

.

Растет потребность в накопителях энергии, чтобы интегрировать колеблющуюся возобновляемую энергию, в частности, от ветра и солнца.Поскольку тепло может подаваться с помощью горячей воды, разумно и экономически выгодно хранить энергию для отопления в виде горячей воды, а не в виде электричества.

Использование возобновляемых источников энергии, таких как колебания энергии ветра для производства электроэнергии, также увеличило потребность в большей гибкости на ТЭЦ, чтобы работать наиболее экономичным образом, обслуживая как потребителей тепла, так и рынок электроэнергии. Таким образом, почти все системы ЦТ в Дании снабжены одним или несколькими тепловыми аккумуляторами (или тепловыми накопителями) с емкостью, по крайней мере, соответствующей 8 часам максимальной нагрузки.

Многие системы централизованного теплоснабжения работают с температурой подачи до 125 o ° C, поэтому тепловой аккумулятор выполнен в виде резервуара-аккумулятора тепла под давлением. который Рамболл ведет в развитии обоих атмосферных и под давлением тепловых аккумуляторов.

Тепловой аккумулятор используется для кратковременного (дни / неделя) хранения энергии на водной основе. Массовое содержание воды в резервуаре постоянно, независимо от содержания энергии. При зарядке гидроаккумулятора горячая вода подается в верхнюю часть бака одновременно с отбором такого же количества холодной возвратной воды из нижней части бака.Горячая и холодная вода разделены - из-за разницы в плотности - с непригодным для использования разделительным слоем примерно 1 метр. При сливе горячая вода забирается сверху с одновременной подачей холодной обратной воды снизу.

Более подробная информация в профиле Ramboll.

Некоторые преимущества аккумуляторов тепла для ТЭЦ:

  • Накопление тепла может уменьшить или избежать потерь дохода, если произведенная электроэнергия будет продаваться ниже производственных затрат, если ТЭЦ работает только для производства тепла.
  • Большие хранилища позволяют полностью останавливать установку в выходные дни, когда цена на электроэнергию часто ниже, чем в будние дни.
  • Накопитель может компенсировать суточные колебания нагрузки в потребности в тепле (в основном вызванные понижением температуры в ночное время) и, таким образом, сокращать время пуска - останова и использование более дорогих источников тепла в периоды ежедневной пиковой нагрузки
  • В частности, максимальная мощность ТЭЦ может быть уменьшена, если хранилище можно использовать для этой цели в «самый холодный день».
  • Бак теплового аккумулятора может поддерживать статическое давление в сети централизованного теплоснабжения, а также выполнять функцию расширительного резервуара
  • ТЭЦ экстракционного типа может в периоды низких цен на электроэнергию, например.грамм. ночью производите тепло по низкой цене и храните его в аккумуляторе. Затем, когда цена высока, например в утренние часы тепло может подаваться от аккумулятора, при этом ТЭЦ вырабатывает максимум электроэнергии в конденсационном режиме.
  • Повышенная динамика для ТЭЦ экстракционного типа за счет возможности отключения выработки тепла (спиннингового резерва). ТЭЦ противодавления может производить в основном тепло, в то время как цена на электроэнергию высока.

Понравилось ли вам это решение?

Первичный контакт
Андерс Дирелунд
+45 51 61 10 00

Изучите связанные секторы

Ищете наш логотип?

Найдите его в State of Green Toolbox вместе с множеством материалов, которые помогут вам продвигать экологические решения Дании за рубежом.

Посетить набор инструментов

Как построить термальный магазин своими руками - Информация о жизни, обучение, продукты и услуги с низким уровнем воздействия

Тепловой накопитель используется для решения следующей задачи: у вас есть дровяная печь, но по утрам, когда вы ее разжигаете, и в помещении становится немного теплее, вы выходите из дома. Если вы закроете печь, чтобы она горела всю ночь, это очень плохая идея с точки зрения загрязнения и накопления смолы в дымоходе, что может привести к возгоранию дымохода.Или, может быть, вы бываете в доме и выходите весь день, но не хотите, чтобы огонь продолжался весь день - это пустая трата времени.

Ответ - термоаккумулятор. По сути, это большой резервуар для хранения воды с очень хорошей изоляцией, который вы нагреваете с помощью котла на дровяной печи (или с помощью солнечных панелей для горячего водоснабжения), который может питать радиаторы или полы с подогревом в любое удобное для вас время. Затем вы можете зажечь свой огонь вечером, и он будет поддерживать тепло в вашем тепловом хранилище, чтобы вы могли использовать его, когда захотите.Вы можете купить термальные магазины, но они могут быть довольно дорогими. Наш друг Суне объясняет здесь, как (если у вас вообще есть возможность) вы можете сделать его самостоятельно из переработанных материалов. Его компания продает термальные магазины, но эй, он именно такой парень. Вот Суне… ..

У меня есть товарищ-фермер по дороге, который запускает небольшой котел, чтобы обогреть свое жилище. Проблема в том, что он должен поддерживать котел в рабочем состоянии, чтобы иметь хоть какое-то тепло, а это также означает, что он много времени спит, что не хорошо для котла или дымохода и значительно снижает эффективность.Ему нравится удобство термального магазина, но он хочет, чтобы оно было дешевым (ну, в конце концов, он же фермер - Дэйв). Мы вместе набросали эту идею использования старых медных водонагревателей. Вам нужно будет лучше изолировать резервуары, поскольку стандартная изоляция, с которой они поставляются, на самом деле не на высоте, но это не ракетостроение. Просто убедитесь, что вы используете что-то, что может выдерживать тепло, например, стекловату. Также хорошо изолируйте все трубопроводы - вы удивитесь, сколько тепла вы можете потерять из-за плохо изолированной трубы или клапана.

Так что купите себе два или три старых медных водонагревателя - на ум приходит центр переработки или eBay. Теперь вам нужно соединить их последовательно, как показано на схеме. Таким образом, тепло будет распространяться сначала по первому резервуару, а затем по следующему. Если вы подключите их параллельно, вам понадобится много времени, чтобы получить приличное количество полезного тепла.

Показанный здесь источник тепла - дровяная печь. Как вы можете видеть, горячий поток из печи идет в верхнюю часть первого резервуара, а холодный возврат возвращается из основания последнего резервуара.

Вода для вашего отопления также поступает из верхней части первого резервуара и возвращается к основанию последнего резервуара, но важно, чтобы поток (или возврат) для нагревательной стороны вещей поступал из другого крана на резервуаре. . Скорее всего, в верхней части первого резервуара будет постукивание погружением, которое вы можете использовать для этого. он будет довольно большим, но можно использовать дешевые стальные втулки, чтобы уменьшить его размер, чтобы вы могли установить трубу стандартного размера.

Теплый пол здесь будет еще лучше

Единица нагрузки (обозначенная L) на плите котла улучшит работу всех нагрузок и гарантирует, что вода, поступающая в резервуары, всегда будет иметь температуру 60ºC или выше.Это означает, что вы быстро получите полезное тепло. В противном случае печь должна нагревать воду во всех баках с шагом около 15 ° C, что займет много времени.

Эта система предназначена только для обогрева, при такой установке вам понадобится еще один резервуар для воды для стирки и купания. Другой вариант - это что-то вроде источника косвенного баллона в качестве первого резервуара, где горячая вода для стирки и купания поступает в змеевик в резервуаре в качестве холодной горячей воды под давлением и выходит из змеевика горячей.

При подборе котельной печи помните, что она должна иметь возможность обогревать ваше здание И нагревать воду в баках, поэтому вам потребуется немного более высокая мощность, чем если бы у вас там не было баков.

Я не включил сюда какие-либо функции безопасности, которые вам нужны, ни спецификации труб и т. Д. Это определенно не схема для создания системы отопления, она предназначена для обсуждения и обмена информацией.

У этого есть свои недостатки, это не так хорошо, как одно целевое тепловое хранилище, но это дешево и относительно просто.Есть также много других возможностей и перестановок.

Sune Nightingale of Stoves Online

Новый накопительный материал для зеленого тепла

Кредит: CC0 Public Domain

Обогрев помещения, где мы живем или работаем, является обычной необходимостью в большинстве населенных пунктов. Энергия, необходимая для этого процесса, составляет треть всей энергии, потребляемой в Европе; кроме того, 75% этой энергии производится из ископаемого топлива.

Идея нового материала для термохимического хранения энергии принадлежит группе исследователей факультетов прикладных наук и технологий (DISAT) и энергетики (DENERG) Политехнического университета Турина, а также Института передовых энергетических технологий Италии. Национальный исследовательский центр (CNR-ITAE). Статья опубликована в журнале Scientific Reports .

В этом исследовании исследователи продемонстрировали, как можно производить тепло путем гидратации соли, присутствующей в порах цемента.

Для достижения целей устойчивого развития в Европе необходимо сократить использование ископаемого топлива и использовать вместо него системы, основанные на возобновляемых источниках энергии. Однако интеграция возобновляемых источников энергии в системы отопления влечет за собой разрыв во времени между избытком энергии и дневными и годовыми пиками спроса.

Солнечная энергия, например, широко доступна в летние месяцы, однако большая часть потребностей в отоплении приходится на зиму, когда в наших широтах день намного короче.Очевидно, что повсеместное использование возобновляемых источников энергии должно интегрироваться с развитием недорогих систем хранения с целью сбалансировать временной сдвиг между спросом и доступностью энергии. Одним из возможных способов хранения энергии является термохимический подход, который позволяет хранить тепло в течение практически бесконечного времени, в отличие от стандартных подходов.

«Попробуйте растворить хорошее количество соли в стакане воды, вы заметите, что стакан нагревается с некоторыми солями и остывает с другими.Подобное явление лежит в основе наших материалов, с той разницей, что вместо жидкой воды мы используем водный пар, не растворяя соль. Водяной пар взаимодействует с солью и выделяет тепло. После полной гидратации можно будет вернуть соль в исходное состояние с помощью простого процесса сушки, который позволяет удалить излишки воды.

Этот вид реакции хорошо известен, и многие материалы, аккумулирующие тепло, уже разработаны; однако их стоимость чаще всего является ограничивающим фактором.Например, цеолит - один из лучших материалов с термической точки зрения, но он может стоить до нескольких десятков евро за килограмм. Это невыносимая цена при хранении энергии, необходимой для обогрева комнаты или всего здания. Цемент, используемый в качестве матрицы для размещения гидратов солей, является очень интересным материалом, поскольку он хорошо известен, легко доступен и дешев », - объясняет Лука Лаванья, научный сотрудник отдела прикладных наук и технологий Политехнического института Турина и первый Автор статьи.

Инновационная особенность, представленная здесь исследователями, заключается в использовании цемента в качестве матрицы-хозяина для соли. Общая стоимость материалов очень низкая, а энергетические характеристики хорошие: стоимость энергии, измеренная в накопленных евро / кВт · ч, ниже, чем у большинства современных материалов, широко используемых. Более того, этот новый материал показывает необычайную стабильность даже после сотен циклов нагрева / охлаждения. Эта работа может стать первым шагом к созданию нового класса композиционных материалов для термохимического хранения энергии.


Ближе к тепловой батарее: понимание атомистических процессов
Доп. Информация: Лука Лаванья и др., Цементные композиционные материалы для аккумулирования тепловой энергии: предварительная характеристика и теоретический анализ, Scientific Reports (2020).DOI: 10.1038 / s41598-020-69502-0

Предоставлено Туринский политехнический университет

Ссылка : Цемент, соль и вода: новый материал для хранения зеленого тепла (2020, 8 октября) получено 4 апреля 2021 г. с https: // физ.org / новости / 2020-10-цемент-соль-хранилище-материал-зеленый.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Накопление солнечной энергии для дома, фермы и малого бизнеса: предложения по выбору и использованию материалов и устройств для аккумулирования тепла

AE-89


AE-89

Университет Пердью

Совместная служба расширения

West Lafayette, IN 47907





Стив Экхофф и Мартин Окос

Департамент сельскохозяйственной инженерии
Университет Пердью

Содержание

Введение

Типы материалов, используемых для хранения солнечного тепла

Преимущества и недостатки различных материалов для хранения

Как материалы с фазовым переходом работают в солнечном аккумуляторе

Размер и тип горных пород, наиболее подходящих для хранения тепла

Тип используемого теплоносителя

Определение размера вашего складского помещения

Расположение вашего хранилища

Важность конфигурации хранилища (форма)

Уменьшение необходимого объема хранения

Предложения при покупке коммерческого накопителя тепла

Связанные публикации

 

Никому не нужно определять для рядового гражданина термин «энергия». хруст ».Наши ежемесячные счета за топливо и коммунальные услуги - постоянное напоминание о том, что стоимость уровня жизни Америки. А «эксперты» предупреждают, что кризис здесь, чтобы остаться.

Из альтернатив традиционным формам энергии одна получение самого серьезного внимания - по крайней мере, для дома, фермы и небольших Потребности бизнеса в отоплении - это солнечная энергия. Сегодня много новых домов проектируются и строятся для размещения солнечного отопления системы. Различные типы переносных коллекторов и солнечного отопления пакеты конверсии легко доступны на розничном рынке.

К сожалению, слишком многие перспективные пользователи солнечной энергии тоже мало информации о некоторых аспектах строительства или преобразования к солнечной системе отопления. Одна область неадекватной или дезинформации в особенным (и дорогостоящим из-за того, что допускаются ошибки) является хранение собранная энергия. Таким образом, цель данной публикации - ответить на несколько основных вопросов о правильном выборе и использовании устройства хранения тепла.

В публикацию включены обсуждения различных аккумуляторов тепла. материалы и средства массовой информации, и как выбрать "правильный"; размер, расположение и форма запоминающего устройства; и предложения по покупкам для такого устройства.Включены два рабочих листа (с примерами) - один для определение того, сколько тепла вам может понадобиться, а другой для выяснения того, насколько вы сможете сократить расходы за счет правильного изоляция. Перечисленные в конце этой публикации доступны Purdue Extension публикации, посвященные смежным аспектам солнечного отопления и энергосбережение.

Какие материалы используются для хранения солнечного тепла и есть ли "лучший" один?

Ряд материалов будет работать в качестве носителей информации дома, на ферме или системы солнечного отопления для малого бизнеса; но только три обычно рекомендуется в это время - камень, вода (или водно-антифризные смеси) и химическое вещество с фазовым переходом, называемое глауберовской солью.Это материалы, наиболее последовательно соответствующие критериям выбора носитель информации, а именно способность (1) передавать тепло своему точки нанесения при желаемой температуре, и (2) сделать это дешево, исходя не столько из стоимости материала, сколько из стоимости самого общая система и ее обслуживание.

Таким образом, не существует одного "лучшего" теплоаккумулирующего материала; а скорее каждый из трех имеет характеристики, которые могут сделать его наиболее желанным при определенных условиях.

Каковы преимущества и недостатки каждого материала для хранения, и при каких условиях его можно будет использовать?

Скалы

В качестве материала для хранения камни дешевы и легкодоступны. хорошие характеристики теплопередачи с воздухом (теплоносителем) при низкие скорости и действуют как собственный теплообменник. Основной недостатками являются их высокое соотношение объема на единицу хранения по сравнению с вода и материалы с фазовым переходом (что означает больший запас тепла области), а также трудности с конденсацией воды и микробиологическим активность.Если точка росы поступающего в хранилище воздуха выше температуры породы, влага в воздухе конденсируется на камни. Влага и тепло в горном дне могут привести к возникновению микробов. рост.

Каменное хранилище - самая надежная из трех систем хранения из-за своей простоты. После того, как система установлена, обслуживание минимален, и некоторые вещи могут снизить производительность хранилища.

Воздушные солнечные коллекторы обычно используются с каменными хранилищами. устройств.Поскольку воздухосборники дешевле и не требуют обслуживания чем жидкостные коллекторы, система, использующая каменные накопители и воздушные солнечные коллекторы кажется наиболее логичным вариантом для отопления жилых домов. Тем не мение, другие обстоятельства, такие как наличие дешевых материалов, ограниченное коллектор или место для хранения или несовместимость с существующим система отопления, может диктовать использование воды или фазового перехода устройство хранения материала. Помните, однако, что окончательный решающим фактором должны быть начальные затраты и затраты на обслуживание система.

Обсуждается тип и размер камней, которые лучше всего хранят тепло. потом.

Вода

Вода как материал для хранения имеет преимущества: она недорогая. и легко доступны, имеют отличную теплопередачу характеристики и совместимость с существующей горячей водой системы. К его основным недостаткам можно отнести трудности с системой. коррозия и утечки, а также более дорогие строительные расходы.

Благодаря хорошему соотношению теплоемкости к объему (в пять раз больше, чем скала) и большая эффективность жидкостных солнечных коллекторов, Системы сбора и хранения жидкостей могут быть очень практичными: (1) где доступно тщательное техническое обслуживание (например, в многоквартирных домах или промышленных зданий), (2) где конечным использованием является горячая вода (например, как в молочном сарае или на предприятии пищевой промышленности), или (3) где система хранения воды может быть напрямую соединена с существующим отоплением система, как в жилом доме с горячей водой плинтусом отопления.

Вместо камня можно также рассмотреть систему хранения воды. хранение в ситуациях, когда пространство ограничено. Резервуар для воды может легко закапывать под землю для экономии места.

Материалы с фазовым переходом (PCM)

Глауберова соль вещества с фазовым переходом из-за низкого содержания объема на каждую хранимую БТЕ, требует только 1/8 пространства камней и 2/5 пространство воды для сопоставимого хранения тепла (см. рисунок 1).Это также поглощает и отдает большую часть тепла при постоянном температура. Недостатки глауберовской соли, по крайней мере, на данный момент, его стоимость относительно камня и воды, а также различные технические проблемы (например, проблемы с упаковкой из-за плохой термической проводимость и ее коррозионный характер). Такие проблемы нужно устраняется до того, как можно будет гарантировать надежность PCM.

Рисунок 1. Сравнительные объемы для одинакового количества аккумуляторов тепла. с использованием трех разных материалов для хранения.

Материалы с фазовым переходом обычно используются в ситуациях, когда существуют ограничения по пространству. Часто стоимость дополнительного места в новый дом для каменного хранилища будет больше, чем добавленная стоимость о покупке ПКМ, такого как глауберова соль. Эти материалы также очень желательно, если ставка делается на поддержание постоянного температура. Жилые помещения, отапливаемые PCM, часто более комфортны, так как температура воздуха в хранилище более равномерная, пока разрядка.

Как материалы с фазовым переходом работают в солнечном аккумуляторе?

PCM - это химические вещества, которые претерпевают твердое-жидкое переход при температурах в пределах желаемого диапазона нагрева целей. В процессе перехода материал поглощает энергию поскольку он переходит из твердого состояния в жидкость и высвобождает энергию по мере продвижения обратно в твердое состояние. Что делает PCM желательным для хранения тепла, так это его способность удерживать одновременно очень разное количество энергии температура.

Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим фазовые изменения, которые происходят с водой. Если вода помещается в морозильную камеру, тепло отводится из нее хладагент, пока он не станет льдом. Если затем поместить лед в жидкость при комнатной температуре, она тает, поскольку поглощает энергию из этого окружающая жидкость. Количество поглощаемого тепла составляет около 143 БТЕ на фунт, что означает, что фунт льда может охладить фунт воды от От 175 ° F до 32 ° F, в то время как само по себе только меняет форму (т.е., от льда при 32 ° до воды при 32 °).

В настоящее время изучаются потенциальные теплоаккумулирующие материалы на минимум дюжина химических соединений, которые изменяют фазу при температуре в пределах полезного диапазона для отопления помещений. Однако на данный момент продается только глауберова соль (декагидрат сульфата натрия) коммерчески. Соль Глаубера меняет фазы при 90 ° F и имеет 108 БТЕ на фунт «скрытого тепла» (количество поглощенного или выделенного тепла во время смены фазы).Из-за высокой скрытой теплоты глауберова соль требует меньшего объема хранения, чем камень или вода; что могло означает более низкую стоимость складских помещений и больше полезного пространства в доме чтобы компенсировать относительно высокую стоимость материала.

У ПКМ есть некоторые химические свойства, которые могут вызывать проблемы при нагревании. хранение и передача; но большинство из них преодолены или преодолеваются. Один что PCM имеют тенденцию к переохлаждению при отводе тепла. Это означает, что, вместо того, чтобы отдавать скрытую теплоту при температуре фазового перехода, соль PCM может оставаться жидкостью, пока не упадет, возможно, до 15-30 ° ниже этой температуры.Для борьбы с этим сверхохлаждением »по Глауберу соль, около 3 процентов химического вещества, декагидрат тетрабората натрия, добавляется, чтобы вызвать фазовый переход при надлежащей температуре.

Еще одна проблема с солевыми ПКМ - это неконгруэнтное плавление, что происходит, когда соль частично нерастворима в воде кристаллизация. В случае глауберовской соли при ее плавлении температуре около 15 процентов сульфата натрия остается в нерастворимая безводная форма.Вдвое плотнее насыщенного раствор, безводный осаждается и не перекристаллизовывается при тепло отводится. Чтобы предотвратить это, используется загуститель, чтобы сохранить водный раствор в суспензии, пока он не сможет преобразоваться в кристалл структура при отводе тепла.

Способность аккумулировать тепло снизится со 108 до примерно 60 БТЕ на фунт по мере оседания безводного. В настоящее время лучшее загущение Используемый агент - аттапульгитовая глина, которая при добавлении к глауберовской соль в количестве 7-10 процентов, препятствует оседанию безводный и не разлагается со временем.

Примечание : Остерегайтесь смесей, содержащих целлюлозу, крахмал, опилки, силикагель, диоксид кремния и т. д. Эти типы загустителей хорошо подходят для некоторое время, но в конечном итоге либо гидролизуются солью, либо разлагается бактериями и становится неэффективным. Имея дело с уважаемая компания должна устранить некоторые из этих опасений. Не позволяйте продавец продаст вам «секретный» загуститель; если бы это было хорошо он был бы запатентован, и не было бы необходимости в секретах.)

Если в качестве материала для хранения используется камень, какой размер и тип лучше всего подойдут?

Хотя размер выбранной породы будет определяться в первую очередь стоимость, как правило, чем больше размер, тем лучше для хранения целей. Основная причина в том, что требуется меньше энергии, чтобы заставить теплопередача воздуха через большие камни, чем через маленькие. Горные породы менее дюйма в диаметре обычно слишком малы; тогда как еще более 4-6 дюймов в диаметре слишком велики из-за недостаточного площадь поверхности теплопередачи.

Собирая камень для хранения, ищите округлое поле. камни диаметром от 4 до 6 дюймов. При коммерческой покупке у каменный карьер, самый крупный из имеющихся, вероятно, "септический" гравий », диаметр которого составляет 1–3 дюйма. Но не переусердствуйте. озабочен размером; соглашайтесь на 2-дюймовый септический гравий, если у вас есть платить больше за камень большего размера. Если есть, старый кирпич дома хороший материал для хранения при штабелировании для обеспечения циркуляции воздуха.

Вероятно, более важным, чем размер камня, является его однородность. Если слишком много вариаций, более мелкие камни заполнят пустоты между более крупными камнями, увеличивая мощность нагнетателя требование. Кроме того, избегайте камней, которые имеют тенденцию к масштабированию и чешуйки, например известняк. Образовавшаяся «пыль» улавливается теплопередающий воздух и либо забивает фильтры печи, либо, если печь обходится, выдувается прямо в зону нагрева.

Поскольку воздух необходимо продувать через каменное дно, необходимо знать количество необходимой мощности. В общем, чем быстрее поток воздуха и / или чем меньше размер камня, тем больше потребляемая мощность.

Например, скорость воздуха 50 футов в минуту через 10-футовый слой 1-дюймовой породы имеет перепад давления около 1 дюйма. вода (статическое давление). Снижение скорости до 30 футов в минуту сократит падение давления до 1/2 дюйма водяного столба.Падение давления по всей системе (т. е. коллектор, платформа для хранения и воздуховоды) должно быть не более 3-4 дюймов водяного столба (статическое давление).

Перед заполнением хранилища рассмотрите возможность мойки или проверки. из «штрафов», которые в противном случае могли бы заполнить пустоты. Каменное хранилище должен позволять отвод скопившейся влаги. Также, рассмотреть способы предотвращения роста плесени и бактерий, одним из которых является поддержание высокой температуры хранения даже в периоды малой нагрузки.

Какой тип теплоносителя мне следует использовать?

Средствами переноса, наиболее часто используемыми в системах солнечного отопления, являются: воздушные, водяные и водо-антифризные смеси. Какой из них вам следует использовать вполне может быть продиктовано типом выбранного материала для хранения. Для Например, для хранения горных пород в качестве среды передачи требуется воздух; вода или хранилища воды-антифриза используют ту же жидкость для передачи тепла; PCM хранилище. с другой стороны, использовал бы воздух или жидкость, в зависимости от типа теплообменника.

Во многих из первых домов, построенных на солнечной энергии, использовались коллекторы воды. с накоплением воды из-за преимуществ повышенной эффективности и уменьшенного размера. Однако в настоящее время солнечные системы отопления, использующие воздух в качестве средства переноса рекомендуется для домашнего использования. Один причина - меньшая вероятность повреждения; неисправная система передачи воздуха почти не вызовет проблем, связанных с протекающей или замерзшей водой. система будет. Кроме того, воздуховоды и воздуховоды обычно дешевле и требуют меньшего обслуживания.До более надежной и «отказоустойчивой» жидкости. системы разработаны, воздух, вероятно, по-прежнему будет рекомендован теплоноситель для домашнего солнечного отопления.

Насколько большим должен быть мой солнечный накопитель тепла?

Необходимый объем хранилища зависит от четырех факторов: (1) нагрев потребность в обогреваемой площади, (2) дня резерва хранения желаемый, (3) температурный диапазон, в котором сохраняется тепло, и (4) тип используемого материала для хранения.Ниже приводится краткое обсуждение каждого коэффициент и рабочий лист I (с примером) для расчета необходимого тепла емкость хранилища с использованием различных материалов для хранения.

Требование тепла - это количество тепла, необходимое для поддержания желаемого температура в доме или другом здании. Это равно сумме тепла, которое конструкция теряет в окружающую среду через стены и кровля за счет теплопроводности и конвекции. Эта потеря тепла может быть оценивается по простым уравнениям, найденным в большинстве тепловых переводные книги (см. Связанные публикации на стр. 9) или часто газ и Представители теплотехнической компании примут такие решения, как служба.

Запас хранения - это количество тепла, необходимое, если энергия не может быть собираются в течение заданного количества дней. Хотя довольно вариативно, сумма резерва, обычно планируемая для солнечного отопления дома при настоящее время от 3 до 5 дней.

Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло - разница между максимальной температурой полки для хранения при заполнении и минимальная температура, которой должен быть теплоноситель обогрев.В домах, отапливаемых солнечными батареями, максимальная температура "кровати", вероятно, будет ниже. быть 130-150 ° F, в зависимости от используемого коллектора; тогда как минимум температура передачи составляет около 75-80 ° F, если предположить, что желаемая комната температура 70 ° F. Таким образом. хороший показатель «температурный диапазон» до использование в расчетах объема хранилища будет 50 ° F (130 ° - 80 °) (Имеется тенденция к максимально возможному сохранению тепла. температура для минимизации размера хранилища; но как температура от коллектора повышается, КПД падает).

Теплоаккумуляторы отличаются определенными характеристиками, которые также необходимо учитывать при определении емкости хранилища. В таблице 1 перечислены насыпная плотность, удельная теплоемкость (теплоемкость) и скрытая теплота три распространенных материала для хранения солнечного тепла - камень, вода и глауберовский соль. На рисунке 1 показан сравнительный объем каждого материала для такое же количество аккумулированного тепла, на основе примера на Рабочем листе I.

Таблица 1.Характеристики хранения тепла трех обычных солнечных источников тепла Материалы для хранения.

  Накопительный материал Насыпная плотность Удельная теплоемкость Скрытая теплота 
-------------------------------------------------- --------------------------
Камень 100 фунтов / куб. Фут. 0,2 БТЕ / фунт ° F ---------------

Вода 62,4 фунта / куб. Фут. 1 БТЕ / фунт ° F ---------------

Глауберова соль 56 фунтов / куб. Фут. 0,5 БТЕ / фунт.° F 108 БТЕ / фунт. при 90 ° F
(фазовый переход (включая нагрев ниже 90 ° F
температура, 90 ° F) теплообменник) 0,8 БТЕ / фунт ° F
                                         выше 90 ° F
-------------------------------------------------- ---------------------------
 

Рабочий лист 1. Расчет необходимого объема накопления солнечного тепла

Пример: предположим, что вашему дому требуется отопление (расчетное количество тепла потери) 15000 БТЕ в час, и вы хотите, чтобы ваша солнечная система отопления иметь 3-дневный резерв хранения.Каким будет ваше необходимое хранилище емкость с использованием камня, воды или глауберовской соли в качестве материала для хранения?

                                                                                       Наш Ваш
                      Ситуация с позициями и расчетами


1. Требуемый объем при использовании ROCK в качестве носителя.

   а. Потребность в отоплении здания: Расчетные потери тепла (см. Обсуждение выше).= 15 000 БТЕ / час ___________

   б. Часов в день: 24. = 24 часа в сутки ___________

   c. Желаемый резерв хранения: в среднем 3-5 дней (см. Обсуждение выше). = 3 дня ___________

   d. Общее необходимое тепло: Шаг 1.a (15000 БТЕ / час) x Шаг 1.b (24 часа / день) x Шаг 1.c
      (3 дня). = 1 080 000 БТЕ ___________

   е.Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1. = 100 фунтов / куб.фут ___________

   f. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из таблицы 1. = 0,2 БТЕ / фунт ° F ___________

   грамм. Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло: в среднем 50-75 ° F (см.
      обсуждение выше). = 50 ° F -----------

   час Нагрев на кубический фут материала для хранения: Шаг 1.e (100 фунтов / куб.фут) x Шаг 1.f.
      (0,2 БТЕ / фунт ° F) x Шаг 1.g (50 ° F). = 1000 БТЕ / куб. Фут ___________

   я. Требуемый объем хранилища с использованием камня: Шаг 1.d (1 080 000 БТЕ) ÷ Шаг 1.h
      (1000 БТЕ / куб. Фут). = 1080 куб. Футов ____________

2. Требуемый объем при использовании ВОДЫ в качестве носителя.

   а. Общее необходимое количество тепла: то же, что и в шагах с 1.a по 1.d. = 1 080 000 куб. Футов ___________

   б. Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1.= 62,4 фунта / куб. Фут ___________

   c. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из Таблицы 1. = 1 БТЕ / фунт ° F ___________

   d. Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло: То же, что и в шаге 1.g. = 50 ° F ___________

   е. Тепло на куб. футов материала для хранения: Шаг 2.b (62,4 фунта / куб. фут) x Шаг 2.c
(1 БТЕ / фунт ° F) x Шаг 2.d (50 ° F). = 3120 БТЕ / куб. Фут __________

   f. Требуемый объем хранения с использованием воды: Шаг 2.a (1 080 000 БТЕ) ÷ Шаг 2. e
      (3120 БТЕ / куб. Фут.). = 346 куб. Футов ___________

3. Требуемый объем при использовании СОЛИ ГЛАУБЕРА в качестве носителя информации.

   а. Общее необходимое количество тепла: то же, что и в шагах с 1.a по 1.d. = 1 080 000 БТЕ ___________

   б. Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1. = 56 фунтов / куб.фут ___________

   c Скрытая теплота аккумулирующего материала: из таблицы 1.= 108 БТЕ / фунт ___________

   d. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из таблицы 1.

                            * Температура выше фазового перехода = 0,8 БТЕ / фунт ° F ___________
                            ** Температура ниже фазового перехода = 0,5 БТЕ / фунт ° F ___________

   е. Разница температур между фазовым переходом (90 ° F) и хранением
      максимум (130 ° F) и минимум (80 ° F): см. обсуждение температурного диапазона
      над.* Разница температур выше фазового перехода = 40 ° F ___________
                                    ** Разница температур ниже фазового перехода = 10 ° F ___________

  f. Нагрев на фунт материала для хранения: Шаг 3.c + (Шаг 3.d * x Шаг 3.e *) + (Шаг 3.d **
     x Шаг 3.e **). Пример: 108 БТЕ / фунт. + (0,8 БТЕ / фунт ° F x 40 ° F) + (0,5 БТЕ / фунт ° F x
     10F) = 108 БТЕ / фунт.+ 32 БТЕ / фунт. + 5 БТЕ / фунт. = 145 БТЕ / фунт ___________

  грамм. Нагрев на куб. футов материала для хранения: Шаг 3.b (56 фунтов / куб. фут) x
     Шаг 3.f (145 БТЕ / фунт). = 8120 БТЕ / куб. Фут ___________

  час Требуемый объем хранилища с использованием глауберовской соли: Шаг 3.a (1 080 000 БТЕ) ÷
     Шаг 3.g (8120 БТЕ / куб. Фут.). = 133 куб. Футов ___________

 

Где должен быть мой солнечный накопитель тепла?

Как правило, для отопления жилых помещений содержится в самом доме.Так как это тяжело. лучшие расположение в подвале или на нижнем уровне - и на бетоне. нет деревянные опорные элементы. Внутреннее хранилище должно иметь некоторая изоляция, особенно если хранилище заряжается во время лето. Тем не менее, это не обязательно должно быть так сильно изолировано, как на открытом воздухе. хранение, так как тепловые потери идут непосредственно на отопление дома.

Хранилище также может быть расположено снаружи дома либо в на земле или в неотапливаемом здании.при условии, что он хорошо изолирован. Сухой, хорошо дренированная почва действует как подходящая изоляция в хранилище похоронен снаружи; подземное хранилище также обеспечивает более удобную жизнь место в доме.

Важна ли форма теплонакопителя?

Важность конфигурации хранилища зависит от используемый материал для хранения. Хранилища жидкостей обычно хранятся в одиночный большой танк. Использование нескольких резервуаров меньшего размера позволит максимизация температуры в меньшем объеме, вместо того, чтобы нагрейте весь объем одного резервуара.Однако из-за стоимости нескольких резервуаров и связанных с ними проблем с клапанами, а также потому, что значительная вертикальная температурная стратификация в воде бак, рекомендуемая процедура - использовать один бак и взлетать. вода вверху, где она наиболее теплая.

Эффективность склада очень зависит от конфигурация. Основная проблема при проектировании хранилища горных пород заключается в минимизации падения давления в воздушном потоке через хранилище.В как правило, чем короче расстояние, которое должен пройти воздух, и тем ниже расход воздуха, тем меньше будет перепад давления.

Минимальная длина, необходимая для адекватной теплопередачи внутри накопление зависит от расхода воздуха, коэффициента теплопередачи воздуха к рок, и площадь поперечного сечения. В нормальных условиях эксплуатации эта минимальная длина довольно мала. Следовательно, чем короче хранилище может быть (в пределах разумного), чем ниже эксплуатационные Стоимость.Как правило, скорость воздушного потока 20-30 футов в минуту невысока. желательно. Площадь хранения можно приблизительно определить, разделив общий расход воздуха из коллектора (в кубических расходах в минуту) от скорость (в футах в минуту).

Хотя воздух можно продувать через пласт в горизонтальном направлении, эффективная система предназначена для вертикального воздушного потока. Горячий воздух из коллектора выдувается сверху, а холодный воздух возвращается обратно к коллектору снизу.Когда требуется тепло для нагрева в комнате воздушный поток меняется на противоположный.

Может ли дополнительная изоляция уменьшить требуемый объем хранения (и стоимость)?

Поскольку потребность здания в отоплении определяет количество солнечной энергии. тепло, которое необходимо собирать и хранить, снижение этого требования приведет к также уменьшите площадь коллектора и емкость хранилища нужный. Обычно самый дешевый способ уменьшить теплопотери - это правильная изоляция. Фактически, деньги, сэкономленные за счет меньшего объема хранилища площадь, складские материалы и площадь коллектора часто больше, чем окупается дополнительная изоляция.

Насколько добавление изоляции может снизить стоимость система солнечного отопления зависит от ряда факторов, таких как структурная прочность здания, существующий уровень теплоизоляции, тепло материал для хранения и т. д. Но можно сэкономить важно, как показывает пример на Рабочем листе II. Используйте рабочий лист для определения требований к отоплению и последующему сбору-хранению объем системы и стоимость при текущем уровне изоляции, а затем на «должных» уровнях.Как правило, хранилище следует изолировать от значение R-11, если в отапливаемой зоне, и R-30, если в неотапливаемой зоне. область.

На что следует обращать внимание или о чем спрашивать при покупке коммерческого отопления устройство хранения?

Если прогнозируемый строительный «бум», связанный с солнечной энергией, действительно становится реальностью, наверняка возникнут какие-то однодневки компании, которые попытаются воспользоваться "невежеством потребителей" относительно систем хранения солнечного тепла и материалов.Защищать себя из этих фирм, а также иметь основу для мудрых варианты, следуйте этой предложенной процедуре:

    1. Остерегайтесь систем «черного ящика». Знайте, что в системе и как он действует.
    2. Если вы не знакомы с компанией, проверьте ее через Better Бизнес-бюро или аналогичная организация.
    3. Свяжитесь с кем-нибудь, у кого уже есть один из устройства хранения данных; они могут многое рассказать вам о типе выступления ожидать.Будьте очень осторожны, если продавец не может или не даст вам клиенты, с которыми нужно связаться.
    4. Получите письменные претензии компании перед покупкой система. Также получите их, чтобы гарантировать заданный уровень производительности и замените все неисправные детали.
    5. Попросите показать проектные расчеты системы и проверьте их использование имеющихся справочных материалов или получение помощи от вашего округа Дополнительный офис.
    6. Если система требует использования теплоаккумулирующего материала, например рок, рассчитайте его стоимость, если бы вы купили его сами.Это будет дать вам представление об объеме затрат на оплату труда и рекламных затрат. в сделке.
    7. Если система требует предварительно упакованных PCM. попросить посмотреть данные компании, подтверждающие заявления о тепловой мощности, скрытой теплоте и ожидаемый срок полезного использования. Помните, что заявления о том, сколько раз Материал для хранения ПКМ не так важен, как количество тепло поглощается и выделяется в каждом цикле. Если безводная соль держится оседая, эффективность хранилища со временем снижается, но PCM по-прежнему будет циклически (на уровне 60 БТЕ на фунт вместо 108 БТЕ).

Публикации по теме

Единичные копии следующих публикаций Purdue Extension доступны вопросы солнечного отопления и энергосбережения жителям Индианы в отделении расширения округа или написав в Центр распространения СМИ, 301 South Second Street, Лафайет, Индиана, 47901–1232.

Солнечное отопление для дома, фермы и малого бизнеса (AE-88)


Рабочий лист II. Определение эффекта дополнительной изоляции


по объему и стоимости теплоаккумулятора и коллектора

Пример: типичный квадратный двухэтажный дом.с площадью поверхности крыши 1267 квадратных футов и площадь стены 2400 квадратных футов должны быть солнечное отопление. В настоящее время он имеет только 6 дюймов изоляции. стекловолокно (значение проводимости 0,053 БТЕ / час- ° F-кв. фут. в крыше и 1 дюйм древесноволокнистой плиты (значение проводимости 0,33 БТЕ / час- ° F-кв. фут) в стены. Внутренняя температура будет поддерживаться на уровне 70 ° F: ожидается внешняя низкая температура составляет 10 ° F. Должен ли владелец оформить воздух коллектор и глауберова система хранения соли для дома потребность в отоплении.или стоит добавить еще 6 дюймов изоляция в крыше и 3 1/2 дюйма в стенах?

                                                                                Наш Ваш
           Ситуация с позициями и расчетами

1.Требования к отоплению здания с существующей изоляцией.

   а. Разница между внутренней и внешней температурой: из примера выше
        (70 ° F - 10 ° F).= 60 ° F _____________

   б. Площади кровли и стен; Из примера выше.
* Корневая площадь = 1267 кв.футов _____________
** Площадь стен = 2400 кв. футов _____________

   c. Значение проводимости для данного типа и толщины изоляции:
      Обратитесь к дилеру строительных материалов. (Пример: крыша, 6 дюймов.
      стекловолокно; стена, ДВП толщиной 1 дюйм).
                                                        * Утеплитель крыши =.053 БТЕ / ч
° F-кв.фут _____________
                                                        ** Изоляция стен = 0,33 БТЕ / ч.
° F-кв.фут _____________

   d. Потери тепла через крышу: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b * (1267 кв. Футов)
      x Шаг 1.c * (0,053 - БТЕ / час- ° F-кв.фут). = 4029 БТЕ / час ______________

   е. Потери тепла от стен: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b * (2400 квадратных футов) x
      Шаг 1.c ** (0,33 БТЕ / ч.- ° F-кв.фут). = 47 520 БТЕ / час ______________

  е. Общая текущая потребность в тепле: Шаг 1.d (4029 БТЕ / час) + Шаг 1.e
    (47 520 БТЕ / час). = 51 549 БТЕ / час ______________

2. количество и стоимость складских материалов для удовлетворения текущих потребностей в отоплении.

  а. Часов в день: 24. = 24 часа в сутки _____________

  б. Желаемый запас аккумулирования тепла: Сред. 3-5 дней. = 3 дня _____________

  c.Теплоемкость накопительного материала: Для глауберовской соли,
     см. Рабочий лист I, Шаг 3.f

  d. Стоимость единицы складского материала: уточняйте у поставщика. = 0,25 доллара США / фунт _____________
 
  е. Общий необходимый для хранения материал: (Шаг 1.f x Шаг 2.a x Шаг 2.b) ÷ Шаг 2.c.
     Пример: (51549 БТЕ / час x 24 часа в день x 3 дня) ÷ 145 БТЕ / фунт.
     = 3,711,526 БТЕ ÷ 145 БТЕ / фунт. = 25 597 фунтов _____________

  е. Общая стоимость необходимых складских материалов: Шаг 2.е. (25 597 фунтов) x Шаг 2.d
    (0,25 доллара США за фунт). = 6399 долларов США ______________

3. Размер и стоимость коллектора для удовлетворения текущих потребностей в отоплении.

   а. Желаемая способность к накоплению потребности в отоплении: в среднем 2 дня. = 2 дня ______________

   б. Уровень радиации для коллектора: уточните у поставщика. = 1000 БТЕ / кв.фут ______________

   c. Стоимость одного квадратного метра коллектора: уточняйте у поставщика.= $ 1,00 / кв.фут ______________

   d. Общая необходимая площадь коллектора: (Шаг 1.f x Шаг 2.a x Шаг 3.a) ÷ Шаг 3.b.
      Пример: (51549 БТЕ / час x 24 часа в день x 2 дня) ÷ 1000 БТЕ / кв.фут
      = 2,474,352 БТЕ ÷ 1000 БТЕ / кв. Фут. = 2474 кв. Фута ______________

   е. Общая стоимость коллектора: Шаг 3.d (2474 кв. Фута) x
       Шаг 3.c (1,00 долл. США за кв. Фут). = 2474 доллара США ______________

4.Потребность в отоплении здания с дополнительной изоляцией

  а. Текущее значение проводимости + дополнительная изоляция: Шаг 1.c + добавлено
     изоляция. (Пример: крыша 6 из стекловолокна + пенополистирол 6 дюймов; стена 1 дюйм.
     ДВП + 3-1 / 2 дюйма, пенополистирол
                                               * Изоляция корня = 0,026 БТЕ / ч- ______________
° F-кв.фут
** Изоляция стен = 0,071 БТЕ / ч- ______________
° F-кв.футов
                           
  б. Потери тепла через крышу: Шаг 1.a (60 ° F. X Шаг 1.b * (1267 кв. Футов)
     x Шаг 4.a * (0,026 БТЕ / ч- ° F-кв.фут) = 1977 БТЕ / ч ______________

  c. Потери тепла от стен: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b ** (2400 кв. Футов)
     x Шаг 4.a ** (0,071 БТЕ / ч) - ° F-кв.фут). = 10224 БТЕ / час ______________

  d. Общая потребность в отоплении с дополнительной изоляцией: Шаг 4.b (1977 БТЕ / час) +
      Шаг 4.c (10224 БТЕ / час) = 12 201 БТЕ / час _____________

5. Количество и стоимость складского материала для обеспечения «дополнительной изоляции».
  потребность в отоплении

  а. Общий объем необходимого для хранения материала: (Шаг 4.d x Шаг 2.a x Шаг 2.b) ÷ Шаг 2.c
     Пример: (12 201 БТЕ / час x 24 часа в день x 3 дня ÷ 145 БТЕ / кв.фут =
     878 472 БТЕ ÷ 145 БТЕ / фунт = 6058 фунтов _____________

  б. Общая стоимость необходимых складских материалов:
     Шаг 5.a (6058 фунтов) x Шаг 2.d (0,25 доллара США / фунт) = 1515 долларов США _____________

6. Размер и стоимость коллектора с учетом «дополнительной теплоизоляции» отопления.
  требование

  а. Общая необходимая площадь коллектора: (Шаг 4.d x Шаг 2.a x Шаг 3.a) ÷ Шаг 3.b.
     Пример: (12 201 БТЕ / час x 24 часа / день x 2 дня) - 1000 БТЕ / кв. Фут. знак равно
     585648 БТЕ ÷ 1000 БТЕ / кв. Фут. = 586 кв. Футов ______________

  б. Общая стоимость коллектора:
       Шаг 6.а. (586 кв. Футов) x Шаг 3.c (1,00 долл. США / кв. Фут). = 586 долларов США ______________

7. Экономия затрат на тепловую систему за счет добавления теплоизоляции

  а. Удельная стоимость изоляции: уточняйте у поставщика. Пример: 6 дюймов и 3-1 / 2 дюйма.
    коврики.
* 6 дюймов коврики = $ 0,20 / кв.фут ______________
** 3-1 / 2 дюйма = 0,12 доллара США за квадратный фут ______________
                                            
  б. Стоимость дополнительной изоляции: (Шаг 1.b * x Шаг 7.a *) + (Шаг 1.b ** x Шаг 7.а **).
     Пример: (1267 кв. Футов x 0,20 $ / кв. Фут) + (2400 кв. Футов x 0,12 $ / кв. Фут)
     = 253 долл. США + 288 долл. США. = 541 доллар США ______________

  c. Общая стоимость тепловой системы с существующей изоляцией: Шаг 2.f (6399 долларов США) + Шаг 3.e
    (2474 доллара США). = 8823 долл. США ______________

  d. Общая стоимость тепловой системы с дополнительной изоляцией: Шаг 5.b (1515 долларов США) + Шаг 6.b
      (586 долларов США) + Шаг 7.b (541 доллар США). = 2642 доллара США ______________

  е.«Экономия» за счет изоляции: Шаг 7.c (8873 $) -
       Шаг 7.d (2642 доллара США). = 6231 доллар США ______________

 

Новое 9/78

Кооперативная консультативная работа в сельском хозяйстве и домохозяйстве, состояние Индиана, Университет Пердью и Министерство сельского хозяйства США. Сотрудничество; Х.А. Уодсворт, директор, West Lafayette, IN.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *